arch/x86/kernel/cpu/perf_event_intel_lbr.c

   1 #include <linux/perf_event.h>
   2 #include <linux/types.h>
   3
   4 #include <asm/perf_event.h>
   5 #include <asm/msr.h>
   6 #include <asm/insn.h>
   7
   8 #include "perf_event.h"
   9
  10 enum {
  11         LBR_FORMAT_32           = 0x00,
  12         LBR_FORMAT_LIP          = 0x01,
  13         LBR_FORMAT_EIP          = 0x02,
  14         LBR_FORMAT_EIP_FLAGS    = 0x03,
  15         LBR_FORMAT_EIP_FLAGS2   = 0x04,
  16         LBR_FORMAT_INFO         = 0x05,
  17         LBR_FORMAT_MAX_KNOWN    = LBR_FORMAT_INFO,
  18 };
  19
  20 static enum {
  21         LBR_EIP_FLAGS           = 1,
  22         LBR_TSX                 = 2,
  23 } lbr_desc[LBR_FORMAT_MAX_KNOWN + 1] = {
  24         [LBR_FORMAT_EIP_FLAGS]  = LBR_EIP_FLAGS,
  25         [LBR_FORMAT_EIP_FLAGS2] = LBR_EIP_FLAGS | LBR_TSX,
  26 };
  27
  28 /*
  29  * Intel LBR_SELECT bits
  30  * Intel Vol3a, April 2011, Section 16.7 Table 16-10
  31  *
  32  * Hardware branch filter (not available on all CPUs)
  33  */
  34 #define LBR_KERNEL_BIT          0 /* do not capture at ring0 */
  35 #define LBR_USER_BIT            1 /* do not capture at ring > 0 */
  36 #define LBR_JCC_BIT             2 /* do not capture conditional branches */
  37 #define LBR_REL_CALL_BIT        3 /* do not capture relative calls */
  38 #define LBR_IND_CALL_BIT        4 /* do not capture indirect calls */
  39 #define LBR_RETURN_BIT          5 /* do not capture near returns */
  40 #define LBR_IND_JMP_BIT         6 /* do not capture indirect jumps */
  41 #define LBR_REL_JMP_BIT         7 /* do not capture relative jumps */
  42 #define LBR_FAR_BIT             8 /* do not capture far branches */
  43 #define LBR_CALL_STACK_BIT      9 /* enable call stack */
  44
  45 #define LBR_KERNEL      (1 << LBR_KERNEL_BIT)
  46 #define LBR_USER        (1 << LBR_USER_BIT)
  47 #define LBR_JCC         (1 << LBR_JCC_BIT)
  48 #define LBR_REL_CALL    (1 << LBR_REL_CALL_BIT)
  49 #define LBR_IND_CALL    (1 << LBR_IND_CALL_BIT)
  50 #define LBR_RETURN      (1 << LBR_RETURN_BIT)
  51 #define LBR_REL_JMP     (1 << LBR_REL_JMP_BIT)
  52 #define LBR_IND_JMP     (1 << LBR_IND_JMP_BIT)
  53 #define LBR_FAR         (1 << LBR_FAR_BIT)
  54 #define LBR_CALL_STACK  (1 << LBR_CALL_STACK_BIT)
  55
  56 #define LBR_PLM (LBR_KERNEL | LBR_USER)
  57
  58 #define LBR_SEL_MASK    0x1ff   /* valid bits in LBR_SELECT */
  59 #define LBR_NOT_SUPP    -1      /* LBR filter not supported */
  60 #define LBR_IGN         0       /* ignored */
  61
  62 #define LBR_ANY          \
  63         (LBR_JCC        |\
  64          LBR_REL_CALL   |\
  65          LBR_IND_CALL   |\
  66          LBR_RETURN     |\
  67          LBR_REL_JMP    |\
  68          LBR_IND_JMP    |\
  69          LBR_FAR)
  70
  71 #define LBR_FROM_FLAG_MISPRED  (1ULL << 63)
  72 #define LBR_FROM_FLAG_IN_TX    (1ULL << 62)
  73 #define LBR_FROM_FLAG_ABORT    (1ULL << 61)
  74
  75 /*
  76  * x86control flow change classification
  77  * x86control flow changes include branches, interrupts, traps, faults
  78  */
  79 enum {
  80         X86_BR_NONE             = 0,      /* unknown */
  81
  82         X86_BR_USER             = 1 << 0, /* branch target is user */
  83         X86_BR_KERNEL           = 1 << 1, /* branch target is kernel */
  84
  85         X86_BR_CALL             = 1 << 2, /* call */
  86         X86_BR_RET              = 1 << 3, /* return */
  87         X86_BR_SYSCALL          = 1 << 4, /* syscall */
  88         X86_BR_SYSRET           = 1 << 5, /* syscall return */
  89         X86_BR_INT              = 1 << 6, /* sw interrupt */
  90         X86_BR_IRET             = 1 << 7, /* return from interrupt */
  91         X86_BR_JCC              = 1 << 8, /* conditional */
  92         X86_BR_JMP              = 1 << 9, /* jump */
  93         X86_BR_IRQ              = 1 << 10,/* hw interrupt or trap or fault */
  94         X86_BR_IND_CALL         = 1 << 11,/* indirect calls */
  95         X86_BR_ABORT            = 1 << 12,/* transaction abort */
  96         X86_BR_IN_TX            = 1 << 13,/* in transaction */
  97         X86_BR_NO_TX            = 1 << 14,/* not in transaction */
  98         X86_BR_ZERO_CALL        = 1 << 15,/* zero length call */
  99         X86_BR_CALL_STACK       = 1 << 16,/* call stack */
 100         X86_BR_IND_JMP          = 1 << 17,/* indirect jump */
 101 };
 102
 103 #define X86_BR_PLM (X86_BR_USER | X86_BR_KERNEL)
 104 #define X86_BR_ANYTX (X86_BR_NO_TX | X86_BR_IN_TX)
 105
 106 #define X86_BR_ANY       \
 107         (X86_BR_CALL    |\
 108          X86_BR_RET     |\
 109          X86_BR_SYSCALL |\
 110          X86_BR_SYSRET  |\
 111          X86_BR_INT     |\
 112          X86_BR_IRET    |\
 113          X86_BR_JCC     |\
 114          X86_BR_JMP      |\
 115          X86_BR_IRQ      |\
 116          X86_BR_ABORT    |\
 117          X86_BR_IND_CALL |\
 118          X86_BR_IND_JMP  |\
 119          X86_BR_ZERO_CALL)
 120
 121 #define X86_BR_ALL (X86_BR_PLM | X86_BR_ANY)
 122
 123 #define X86_BR_ANY_CALL          \
 124         (X86_BR_CALL            |\
 125          X86_BR_IND_CALL        |\
 126          X86_BR_ZERO_CALL       |\
 127          X86_BR_SYSCALL         |\
 128          X86_BR_IRQ             |\
 129          X86_BR_INT)
 130
 131 static void intel_pmu_lbr_filter(struct cpu_hw_events *cpuc);
 132
 133 /*
 134  * We only support LBR implementations that have FREEZE_LBRS_ON_PMI
 135  * otherwise it becomes near impossible to get a reliable stack.
 136  */
 137
 138 static void __intel_pmu_lbr_enable(bool pmi)
 139 {
 140         struct cpu_hw_events *cpuc = this_cpu_ptr(&cpu_hw_events);
 141         u64 debugctl, lbr_select = 0, orig_debugctl;
 142
 143         /*
 144          * No need to unfreeze manually, as v4 can do that as part
 145          * of the GLOBAL_STATUS ack.
 146          */
 147         if (pmi && x86_pmu.version >= 4)
 148                 return;
 149
 150         /*
 151          * No need to reprogram LBR_SELECT in a PMI, as it
 152          * did not change.
 153          */
 154         if (cpuc->lbr_sel && !pmi) {
 155                 lbr_select = cpuc->lbr_sel->config;
 156                 wrmsrl(MSR_LBR_SELECT, lbr_select);
 157         }
 158
 159         rdmsrl(MSR_IA32_DEBUGCTLMSR, debugctl);
 160         orig_debugctl = debugctl;
 161         debugctl |= DEBUGCTLMSR_LBR;
 162         /*
 163          * LBR callstack does not work well with FREEZE_LBRS_ON_PMI.
 164          * If FREEZE_LBRS_ON_PMI is set, PMI near call/return instructions
 165          * may cause superfluous increase/decrease of LBR_TOS.
 166          */
 167         if (!(lbr_select & LBR_CALL_STACK))
 168                 debugctl |= DEBUGCTLMSR_FREEZE_LBRS_ON_PMI;
 169         if (orig_debugctl != debugctl)
 170                 wrmsrl(MSR_IA32_DEBUGCTLMSR, debugctl);
 171 }
 172
 173 static void __intel_pmu_lbr_disable(void)
 174 {
 175         u64 debugctl;
 176
 177         rdmsrl(MSR_IA32_DEBUGCTLMSR, debugctl);
 178         debugctl &= ~(DEBUGCTLMSR_LBR | DEBUGCTLMSR_FREEZE_LBRS_ON_PMI);
 179         wrmsrl(MSR_IA32_DEBUGCTLMSR, debugctl);
 180 }
 181
 182 static void intel_pmu_lbr_reset_32(void)
 183 {
 184         int i;
 185
 186         for (i = 0; i < x86_pmu.lbr_nr; i++)
 187                 wrmsrl(x86_pmu.lbr_from + i, 0);
 188 }
 189
 190 static void intel_pmu_lbr_reset_64(void)
 191 {
 192         int i;
 193
 194         for (i = 0; i < x86_pmu.lbr_nr; i++) {
 195                 wrmsrl(x86_pmu.lbr_from + i, 0);
 196                 wrmsrl(x86_pmu.lbr_to   + i, 0);
 197                 if (x86_pmu.intel_cap.lbr_format == LBR_FORMAT_INFO)
 198                         wrmsrl(MSR_LBR_INFO_0 + i, 0);
 199         }
 200 }
 201
 202 void intel_pmu_lbr_reset(void)
 203 {
 204         if (!x86_pmu.lbr_nr)
 205                 return;
 206
 207         if (x86_pmu.intel_cap.lbr_format == LBR_FORMAT_32)
 208                 intel_pmu_lbr_reset_32();
 209         else
 210                 intel_pmu_lbr_reset_64();
 211 }
 212
 213 /*
 214  * TOS = most recently recorded branch
 215  */
 216 static inline u64 intel_pmu_lbr_tos(void)
 217 {
 218         u64 tos;
 219
 220         rdmsrl(x86_pmu.lbr_tos, tos);
 221         return tos;
 222 }
 223
 224 enum {
 225         LBR_NONE,
 226         LBR_VALID,
 227 };
 228
 229 static void __intel_pmu_lbr_restore(struct x86_perf_task_context *task_ctx)
 230 {
 231         int i;
 232         unsigned lbr_idx, mask;
 233         u64 tos;
 234
 235         if (task_ctx->lbr_callstack_users == 0 ||
 236             task_ctx->lbr_stack_state == LBR_NONE) {
 237                 intel_pmu_lbr_reset();
 238                 return;
 239         }
 240
 241         mask = x86_pmu.lbr_nr - 1;
 242         tos = intel_pmu_lbr_tos();
 243         for (i = 0; i < tos; i++) {
 244                 lbr_idx = (tos - i) & mask;
 245                 wrmsrl(x86_pmu.lbr_from + lbr_idx, task_ctx->lbr_from[i]);
 246                 wrmsrl(x86_pmu.lbr_to + lbr_idx, task_ctx->lbr_to[i]);
 247                 if (x86_pmu.intel_cap.lbr_format == LBR_FORMAT_INFO)
 248                         wrmsrl(MSR_LBR_INFO_0 + lbr_idx, task_ctx->lbr_info[i]);
 249         }
 250         task_ctx->lbr_stack_state = LBR_NONE;
 251 }
 252
 253 static void __intel_pmu_lbr_save(struct x86_perf_task_context *task_ctx)
 254 {
 255         int i;
 256         unsigned lbr_idx, mask;
 257         u64 tos;
 258
 259         if (task_ctx->lbr_callstack_users == 0) {
 260                 task_ctx->lbr_stack_state = LBR_NONE;
 261                 return;
 262         }
 263
 264         mask = x86_pmu.lbr_nr - 1;
 265         tos = intel_pmu_lbr_tos();
 266         for (i = 0; i < tos; i++) {
 267                 lbr_idx = (tos - i) & mask;
 268                 rdmsrl(x86_pmu.lbr_from + lbr_idx, task_ctx->lbr_from[i]);
 269                 rdmsrl(x86_pmu.lbr_to + lbr_idx, task_ctx->lbr_to[i]);
 270                 if (x86_pmu.intel_cap.lbr_format == LBR_FORMAT_INFO)
 271                         rdmsrl(MSR_LBR_INFO_0 + lbr_idx, task_ctx->lbr_info[i]);
 272         }
 273         task_ctx->lbr_stack_state = LBR_VALID;
 274 }
 275
 276 void intel_pmu_lbr_sched_task(struct perf_event_context *ctx, bool sched_in)
 277 {
 278         struct cpu_hw_events *cpuc = this_cpu_ptr(&cpu_hw_events);
 279         struct x86_perf_task_context *task_ctx;
 280
 281         /*
 282          * If LBR callstack feature is enabled and the stack was saved when
 283          * the task was scheduled out, restore the stack. Otherwise flush
 284          * the LBR stack.
 285          */
 286         task_ctx = ctx ? ctx->task_ctx_data : NULL;
 287         if (task_ctx) {
 288                 if (sched_in) {
 289                         __intel_pmu_lbr_restore(task_ctx);
 290                         cpuc->lbr_context = ctx;
 291                 } else {
 292                         __intel_pmu_lbr_save(task_ctx);
 293                 }
 294                 return;
 295         }
 296
 297         /*
 298          * When sampling the branck stack in system-wide, it may be
 299          * necessary to flush the stack on context switch. This happens
 300          * when the branch stack does not tag its entries with the pid
 301          * of the current task. Otherwise it becomes impossible to
 302          * associate a branch entry with a task. This ambiguity is more
 303          * likely to appear when the branch stack supports priv level
 304          * filtering and the user sets it to monitor only at the user
 305          * level (which could be a useful measurement in system-wide
 306          * mode). In that case, the risk is high of having a branch
 307          * stack with branch from multiple tasks.
 308          */
 309         if (sched_in) {
 310                 intel_pmu_lbr_reset();
 311                 cpuc->lbr_context = ctx;
 312         }
 313 }
 314
 315 static inline bool branch_user_callstack(unsigned br_sel)
 316 {
 317         return (br_sel & X86_BR_USER) && (br_sel & X86_BR_CALL_STACK);
 318 }
 319
 320 void intel_pmu_lbr_enable(struct perf_event *event)
 321 {
 322         struct cpu_hw_events *cpuc = this_cpu_ptr(&cpu_hw_events);
 323         struct x86_perf_task_context *task_ctx;
 324
 325         if (!x86_pmu.lbr_nr)
 326                 return;
 327
 328         /*
 329          * Reset the LBR stack if we changed task context to
 330          * avoid data leaks.
 331          */
 332         if (event->ctx->task && cpuc->lbr_context != event->ctx) {
 333                 intel_pmu_lbr_reset();
 334                 cpuc->lbr_context = event->ctx;
 335         }
 336         cpuc->br_sel = event->hw.branch_reg.reg;
 337
 338         if (branch_user_callstack(cpuc->br_sel) && event->ctx &&
 339                                         event->ctx->task_ctx_data) {
 340                 task_ctx = event->ctx->task_ctx_data;
 341                 task_ctx->lbr_callstack_users++;
 342         }
 343
 344         cpuc->lbr_users++;
 345         perf_sched_cb_inc(event->ctx->pmu);
 346 }
 347
 348 void intel_pmu_lbr_disable(struct perf_event *event)
 349 {
 350         struct cpu_hw_events *cpuc = this_cpu_ptr(&cpu_hw_events);
 351         struct x86_perf_task_context *task_ctx;
 352
 353         if (!x86_pmu.lbr_nr)
 354                 return;
 355
 356         if (branch_user_callstack(cpuc->br_sel) && event->ctx &&
 357                                         event->ctx->task_ctx_data) {
 358                 task_ctx = event->ctx->task_ctx_data;
 359                 task_ctx->lbr_callstack_users--;
 360         }
 361
 362         cpuc->lbr_users--;
 363         WARN_ON_ONCE(cpuc->lbr_users < 0);
 364         perf_sched_cb_dec(event->ctx->pmu);
 365
 366         if (cpuc->enabled && !cpuc->lbr_users) {
 367                 __intel_pmu_lbr_disable();
 368                 /* avoid stale pointer */
 369                 cpuc->lbr_context = NULL;
 370         }
 371 }
 372
 373 void intel_pmu_lbr_enable_all(bool pmi)
 374 {
 375         struct cpu_hw_events *cpuc = this_cpu_ptr(&cpu_hw_events);
 376
 377         if (cpuc->lbr_users)
 378                 __intel_pmu_lbr_enable(pmi);
 379 }
 380
 381 void intel_pmu_lbr_disable_all(void)
 382 {
 383         struct cpu_hw_events *cpuc = this_cpu_ptr(&cpu_hw_events);
 384
 385         if (cpuc->lbr_users)
 386                 __intel_pmu_lbr_disable();
 387 }
 388
 389 static void intel_pmu_lbr_read_32(struct cpu_hw_events *cpuc)
 390 {
 391         unsigned long mask = x86_pmu.lbr_nr - 1;
 392         u64 tos = intel_pmu_lbr_tos();
 393         int i;
 394
 395         for (i = 0; i < x86_pmu.lbr_nr; i++) {
 396                 unsigned long lbr_idx = (tos - i) & mask;
 397                 union {
 398                         struct {
 399                                 u32 from;
 400                                 u32 to;
 401                         };
 402                         u64     lbr;
 403                 } msr_lastbranch;
 404
 405                 rdmsrl(x86_pmu.lbr_from + lbr_idx, msr_lastbranch.lbr);
 406
 407                 cpuc->lbr_entries[i].from       = msr_lastbranch.from;
 408                 cpuc->lbr_entries[i].to         = msr_lastbranch.to;
 409                 cpuc->lbr_entries[i].mispred    = 0;
 410                 cpuc->lbr_entries[i].predicted  = 0;
 411                 cpuc->lbr_entries[i].reserved   = 0;
 412         }
 413         cpuc->lbr_stack.nr = i;
 414 }
 415
 416 /*
 417  * Due to lack of segmentation in Linux the effective address (offset)
 418  * is the same as the linear address, allowing us to merge the LIP and EIP
 419  * LBR formats.
 420  */
 421 static void intel_pmu_lbr_read_64(struct cpu_hw_events *cpuc)
 422 {
 423         unsigned long mask = x86_pmu.lbr_nr - 1;
 424         int lbr_format = x86_pmu.intel_cap.lbr_format;
 425         u64 tos = intel_pmu_lbr_tos();
 426         int i;
 427         int out = 0;
 428         int num = x86_pmu.lbr_nr;
 429
 430         if (cpuc->lbr_sel->config & LBR_CALL_STACK)
 431                 num = tos;
 432
 433         for (i = 0; i < num; i++) {
 434                 unsigned long lbr_idx = (tos - i) & mask;
 435                 u64 from, to, mis = 0, pred = 0, in_tx = 0, abort = 0;
 436                 int skip = 0;
 437                 u16 cycles = 0;
 438                 int lbr_flags = lbr_desc[lbr_format];
 439
 440                 rdmsrl(x86_pmu.lbr_from + lbr_idx, from);
 441                 rdmsrl(x86_pmu.lbr_to   + lbr_idx, to);
 442
 443                 if (lbr_format == LBR_FORMAT_INFO) {
 444                         u64 info;
 445
 446                         rdmsrl(MSR_LBR_INFO_0 + lbr_idx, info);
 447                         mis = !!(info & LBR_INFO_MISPRED);
 448                         pred = !mis;
 449                         in_tx = !!(info & LBR_INFO_IN_TX);
 450                         abort = !!(info & LBR_INFO_ABORT);
 451                         cycles = (info & LBR_INFO_CYCLES);
 452                 }
 453                 if (lbr_flags & LBR_EIP_FLAGS) {
 454                         mis = !!(from & LBR_FROM_FLAG_MISPRED);
 455                         pred = !mis;
 456                         skip = 1;
 457                 }
 458                 if (lbr_flags & LBR_TSX) {
 459                         in_tx = !!(from & LBR_FROM_FLAG_IN_TX);
 460                         abort = !!(from & LBR_FROM_FLAG_ABORT);
 461                         skip = 3;
 462                 }
 463                 from = (u64)((((s64)from) << skip) >> skip);
 464
 465                 /*
 466                  * Some CPUs report duplicated abort records,
 467                  * with the second entry not having an abort bit set.
 468                  * Skip them here. This loop runs backwards,
 469                  * so we need to undo the previous record.
 470                  * If the abort just happened outside the window
 471                  * the extra entry cannot be removed.
 472                  */
 473                 if (abort && x86_pmu.lbr_double_abort && out > 0)
 474                         out--;
 475
 476                 cpuc->lbr_entries[out].from      = from;
 477                 cpuc->lbr_entries[out].to        = to;
 478                 cpuc->lbr_entries[out].mispred   = mis;
 479                 cpuc->lbr_entries[out].predicted = pred;
 480                 cpuc->lbr_entries[out].in_tx     = in_tx;
 481                 cpuc->lbr_entries[out].abort     = abort;
 482                 cpuc->lbr_entries[out].cycles    = cycles;
 483                 cpuc->lbr_entries[out].reserved  = 0;
 484                 out++;
 485         }
 486         cpuc->lbr_stack.nr = out;
 487 }
 488
 489 void intel_pmu_lbr_read(void)
 490 {
 491         struct cpu_hw_events *cpuc = this_cpu_ptr(&cpu_hw_events);
 492
 493         if (!cpuc->lbr_users)
 494                 return;
 495
 496         if (x86_pmu.intel_cap.lbr_format == LBR_FORMAT_32)
 497                 intel_pmu_lbr_read_32(cpuc);
 498         else
 499                 intel_pmu_lbr_read_64(cpuc);
 500
 501         intel_pmu_lbr_filter(cpuc);
 502 }
 503
 504 /*
 505  * SW filter is used:
 506  * - in case there is no HW filter
 507  * - in case the HW filter has errata or limitations
 508  */
 509 static int intel_pmu_setup_sw_lbr_filter(struct perf_event *event)
 510 {
 511         u64 br_type = event->attr.branch_sample_type;
 512         int mask = 0;
 513
 514         if (br_type & PERF_SAMPLE_BRANCH_USER)
 515                 mask |= X86_BR_USER;
 516
 517         if (br_type & PERF_SAMPLE_BRANCH_KERNEL)
 518                 mask |= X86_BR_KERNEL;
 519
 520         /* we ignore BRANCH_HV here */
 521
 522         if (br_type & PERF_SAMPLE_BRANCH_ANY)
 523                 mask |= X86_BR_ANY;
 524
 525         if (br_type & PERF_SAMPLE_BRANCH_ANY_CALL)
 526                 mask |= X86_BR_ANY_CALL;
 527
 528         if (br_type & PERF_SAMPLE_BRANCH_ANY_RETURN)
 529                 mask |= X86_BR_RET | X86_BR_IRET | X86_BR_SYSRET;
 530
 531         if (br_type & PERF_SAMPLE_BRANCH_IND_CALL)
 532                 mask |= X86_BR_IND_CALL;
 533
 534         if (br_type & PERF_SAMPLE_BRANCH_ABORT_TX)
 535                 mask |= X86_BR_ABORT;
 536
 537         if (br_type & PERF_SAMPLE_BRANCH_IN_TX)
 538                 mask |= X86_BR_IN_TX;
 539
 540         if (br_type & PERF_SAMPLE_BRANCH_NO_TX)
 541                 mask |= X86_BR_NO_TX;
 542
 543         if (br_type & PERF_SAMPLE_BRANCH_COND)
 544                 mask |= X86_BR_JCC;
 545
 546         if (br_type & PERF_SAMPLE_BRANCH_CALL_STACK) {
 547                 if (!x86_pmu_has_lbr_callstack())
 548                         return -EOPNOTSUPP;
 549                 if (mask & ~(X86_BR_USER | X86_BR_KERNEL))
 550                         return -EINVAL;
 551                 mask |= X86_BR_CALL | X86_BR_IND_CALL | X86_BR_RET |
 552                         X86_BR_CALL_STACK;
 553         }
 554
 555         if (br_type & PERF_SAMPLE_BRANCH_IND_JUMP)
 556                 mask |= X86_BR_IND_JMP;
 557
 558         /*
 559          * stash actual user request into reg, it may
 560          * be used by fixup code for some CPU
 561          */
 562         event->hw.branch_reg.reg = mask;
 563         return 0;
 564 }
 565
 566 /*
 567  * setup the HW LBR filter
 568  * Used only when available, may not be enough to disambiguate
 569  * all branches, may need the help of the SW filter
 570  */
 571 static int intel_pmu_setup_hw_lbr_filter(struct perf_event *event)
 572 {
 573         struct hw_perf_event_extra *reg;
 574         u64 br_type = event->attr.branch_sample_type;
 575         u64 mask = 0, v;
 576         int i;
 577
 578         for (i = 0; i < PERF_SAMPLE_BRANCH_MAX_SHIFT; i++) {
 579                 if (!(br_type & (1ULL << i)))
 580                         continue;
 581
 582                 v = x86_pmu.lbr_sel_map[i];
 583                 if (v == LBR_NOT_SUPP)
 584                         return -EOPNOTSUPP;
 585
 586                 if (v != LBR_IGN)
 587                         mask |= v;
 588         }
 589         reg = &event->hw.branch_reg;
 590         reg->idx = EXTRA_REG_LBR;
 591
 592         /*
 593          * The first 9 bits (LBR_SEL_MASK) in LBR_SELECT operate
 594          * in suppress mode. So LBR_SELECT should be set to
 595          * (~mask & LBR_SEL_MASK) | (mask & ~LBR_SEL_MASK)
 596          */
 597         reg->config = mask ^ x86_pmu.lbr_sel_mask;
 598
 599         return 0;
 600 }
 601
 602 int intel_pmu_setup_lbr_filter(struct perf_event *event)
 603 {
 604         int ret = 0;
 605
 606         /*
 607          * no LBR on this PMU
 608          */
 609         if (!x86_pmu.lbr_nr)
 610                 return -EOPNOTSUPP;
 611
 612         /*
 613          * setup SW LBR filter
 614          */
 615         ret = intel_pmu_setup_sw_lbr_filter(event);
 616         if (ret)
 617                 return ret;
 618
 619         /*
 620          * setup HW LBR filter, if any
 621          */
 622         if (x86_pmu.lbr_sel_map)
 623                 ret = intel_pmu_setup_hw_lbr_filter(event);
 624
 625         return ret;
 626 }
 627
 628 /*
 629  * return the type of control flow change at address "from"
 630  * intruction is not necessarily a branch (in case of interrupt).
 631  *
 632  * The branch type returned also includes the priv level of the
 633  * target of the control flow change (X86_BR_USER, X86_BR_KERNEL).
 634  *
 635  * If a branch type is unknown OR the instruction cannot be
 636  * decoded (e.g., text page not present), then X86_BR_NONE is
 637  * returned.
 638  */
 639 static int branch_type(unsigned long from, unsigned long to, int abort)
 640 {
 641         struct insn insn;
 642         void *addr;
 643         int bytes_read, bytes_left;
 644         int ret = X86_BR_NONE;
 645         int ext, to_plm, from_plm;
 646         u8 buf[MAX_INSN_SIZE];
 647         int is64 = 0;
 648
 649         to_plm = kernel_ip(to) ? X86_BR_KERNEL : X86_BR_USER;
 650         from_plm = kernel_ip(from) ? X86_BR_KERNEL : X86_BR_USER;
 651
 652         /*
 653          * maybe zero if lbr did not fill up after a reset by the time
 654          * we get a PMU interrupt
 655          */
 656         if (from == 0 || to == 0)
 657                 return X86_BR_NONE;
 658
 659         if (abort)
 660                 return X86_BR_ABORT | to_plm;
 661
 662         if (from_plm == X86_BR_USER) {
 663                 /*
 664                  * can happen if measuring at the user level only
 665                  * and we interrupt in a kernel thread, e.g., idle.
 666                  */
 667                 if (!current->mm)
 668                         return X86_BR_NONE;
 669
 670                 /* may fail if text not present */
 671                 bytes_left = copy_from_user_nmi(buf, (void __user *)from,
 672                                                 MAX_INSN_SIZE);
 673                 bytes_read = MAX_INSN_SIZE - bytes_left;
 674                 if (!bytes_read)
 675                         return X86_BR_NONE;
 676
 677                 addr = buf;
 678         } else {
 679                 /*
 680                  * The LBR logs any address in the IP, even if the IP just
 681                  * faulted. This means userspace can control the from address.
 682                  * Ensure we don't blindy read any address by validating it is
 683                  * a known text address.
 684                  */
 685                 if (kernel_text_address(from)) {
 686                         addr = (void *)from;
 687                         /*
 688                          * Assume we can get the maximum possible size
 689                          * when grabbing kernel data.  This is not
 690                          * _strictly_ true since we could possibly be
 691                          * executing up next to a memory hole, but
 692                          * it is very unlikely to be a problem.
 693                          */
 694                         bytes_read = MAX_INSN_SIZE;
 695                 } else {
 696                         return X86_BR_NONE;
 697                 }
 698         }
 699
 700         /*
 701          * decoder needs to know the ABI especially
 702          * on 64-bit systems running 32-bit apps
 703          */
 704 #ifdef CONFIG_X86_64
 705         is64 = kernel_ip((unsigned long)addr) || !test_thread_flag(TIF_IA32);
 706 #endif
 707         insn_init(&insn, addr, bytes_read, is64);
 708         insn_get_opcode(&insn);
 709         if (!insn.opcode.got)
 710                 return X86_BR_ABORT;
 711
 712         switch (insn.opcode.bytes[0]) {
 713         case 0xf:
 714                 switch (insn.opcode.bytes[1]) {
 715                 case 0x05: /* syscall */
 716                 case 0x34: /* sysenter */
 717                         ret = X86_BR_SYSCALL;
 718                         break;
 719                 case 0x07: /* sysret */
 720                 case 0x35: /* sysexit */
 721                         ret = X86_BR_SYSRET;
 722                         break;
 723                 case 0x80 ... 0x8f: /* conditional */
 724                         ret = X86_BR_JCC;
 725                         break;
 726                 default:
 727                         ret = X86_BR_NONE;
 728                 }
 729                 break;
 730         case 0x70 ... 0x7f: /* conditional */
 731                 ret = X86_BR_JCC;
 732                 break;
 733         case 0xc2: /* near ret */
 734         case 0xc3: /* near ret */
 735         case 0xca: /* far ret */
 736         case 0xcb: /* far ret */
 737                 ret = X86_BR_RET;
 738                 break;
 739         case 0xcf: /* iret */
 740                 ret = X86_BR_IRET;
 741                 break;
 742         case 0xcc ... 0xce: /* int */
 743                 ret = X86_BR_INT;
 744                 break;
 745         case 0xe8: /* call near rel */
 746                 insn_get_immediate(&insn);
 747                 if (insn.immediate1.value == 0) {
 748                         /* zero length call */
 749                         ret = X86_BR_ZERO_CALL;
 750                         break;
 751                 }
 752         case 0x9a: /* call far absolute */
 753                 ret = X86_BR_CALL;
 754                 break;
 755         case 0xe0 ... 0xe3: /* loop jmp */
 756                 ret = X86_BR_JCC;
 757                 break;
 758         case 0xe9 ... 0xeb: /* jmp */
 759                 ret = X86_BR_JMP;
 760                 break;
 761         case 0xff: /* call near absolute, call far absolute ind */
 762                 insn_get_modrm(&insn);
 763                 ext = (insn.modrm.bytes[0] >> 3) & 0x7;
 764                 switch (ext) {
 765                 case 2: /* near ind call */
 766                 case 3: /* far ind call */
 767                         ret = X86_BR_IND_CALL;
 768                         break;
 769                 case 4:
 770                 case 5:
 771                         ret = X86_BR_IND_JMP;
 772                         break;
 773                 }
 774                 break;
 775         default:
 776                 ret = X86_BR_NONE;
 777         }
 778         /*
 779          * interrupts, traps, faults (and thus ring transition) may
 780          * occur on any instructions. Thus, to classify them correctly,
 781          * we need to first look at the from and to priv levels. If they
 782          * are different and to is in the kernel, then it indicates
 783          * a ring transition. If the from instruction is not a ring
 784          * transition instr (syscall, systenter, int), then it means
 785          * it was a irq, trap or fault.
 786          *
 787          * we have no way of detecting kernel to kernel faults.
 788          */
 789         if (from_plm == X86_BR_USER && to_plm == X86_BR_KERNEL
 790             && ret != X86_BR_SYSCALL && ret != X86_BR_INT)
 791                 ret = X86_BR_IRQ;
 792
 793         /*
 794          * branch priv level determined by target as
 795          * is done by HW when LBR_SELECT is implemented
 796          */
 797         if (ret != X86_BR_NONE)
 798                 ret |= to_plm;
 799
 800         return ret;
 801 }
 802
 803 /*
 804  * implement actual branch filter based on user demand.
 805  * Hardware may not exactly satisfy that request, thus
 806  * we need to inspect opcodes. Mismatched branches are
 807  * discarded. Therefore, the number of branches returned
 808  * in PERF_SAMPLE_BRANCH_STACK sample may vary.
 809  */
 810 static void
 811 intel_pmu_lbr_filter(struct cpu_hw_events *cpuc)
 812 {
 813         u64 from, to;
 814         int br_sel = cpuc->br_sel;
 815         int i, j, type;
 816         bool compress = false;
 817
 818         /* if sampling all branches, then nothing to filter */
 819         if ((br_sel & X86_BR_ALL) == X86_BR_ALL)
 820                 return;
 821
 822         for (i = 0; i < cpuc->lbr_stack.nr; i++) {
 823
 824                 from = cpuc->lbr_entries[i].from;
 825                 to = cpuc->lbr_entries[i].to;
 826
 827                 type = branch_type(from, to, cpuc->lbr_entries[i].abort);
 828                 if (type != X86_BR_NONE && (br_sel & X86_BR_ANYTX)) {
 829                         if (cpuc->lbr_entries[i].in_tx)
 830                                 type |= X86_BR_IN_TX;
 831                         else
 832                                 type |= X86_BR_NO_TX;
 833                 }
 834
 835                 /* if type does not correspond, then discard */
 836                 if (type == X86_BR_NONE || (br_sel & type) != type) {
 837                         cpuc->lbr_entries[i].from = 0;
 838                         compress = true;
 839                 }
 840         }
 841
 842         if (!compress)
 843                 return;
 844
 845         /* remove all entries with from=0 */
 846         for (i = 0; i < cpuc->lbr_stack.nr; ) {
 847                 if (!cpuc->lbr_entries[i].from) {
 848                         j = i;
 849                         while (++j < cpuc->lbr_stack.nr)
 850                                 cpuc->lbr_entries[j-1] = cpuc->lbr_entries[j];
 851                         cpuc->lbr_stack.nr--;
 852                         if (!cpuc->lbr_entries[i].from)
 853                                 continue;
 854                 }
 855                 i++;
 856         }
 857 }
 858
 859 /*
 860  * Map interface branch filters onto LBR filters
 861  */
 862 static const int nhm_lbr_sel_map[PERF_SAMPLE_BRANCH_MAX_SHIFT] = {
 863         [PERF_SAMPLE_BRANCH_ANY_SHIFT]          = LBR_ANY,
 864         [PERF_SAMPLE_BRANCH_USER_SHIFT]         = LBR_USER,
 865         [PERF_SAMPLE_BRANCH_KERNEL_SHIFT]       = LBR_KERNEL,
 866         [PERF_SAMPLE_BRANCH_HV_SHIFT]           = LBR_IGN,
 867         [PERF_SAMPLE_BRANCH_ANY_RETURN_SHIFT]   = LBR_RETURN | LBR_REL_JMP
 868                                                 | LBR_IND_JMP | LBR_FAR,
 869         /*
 870          * NHM/WSM erratum: must include REL_JMP+IND_JMP to get CALL branches
 871          */
 872         [PERF_SAMPLE_BRANCH_ANY_CALL_SHIFT] =
 873          LBR_REL_CALL | LBR_IND_CALL | LBR_REL_JMP | LBR_IND_JMP | LBR_FAR,
 874         /*
 875          * NHM/WSM erratum: must include IND_JMP to capture IND_CALL
 876          */
 877         [PERF_SAMPLE_BRANCH_IND_CALL_SHIFT] = LBR_IND_CALL | LBR_IND_JMP,
 878         [PERF_SAMPLE_BRANCH_COND_SHIFT]     = LBR_JCC,
 879         [PERF_SAMPLE_BRANCH_IND_JUMP_SHIFT] = LBR_IND_JMP,
 880 };
 881
 882 static const int snb_lbr_sel_map[PERF_SAMPLE_BRANCH_MAX_SHIFT] = {
 883         [PERF_SAMPLE_BRANCH_ANY_SHIFT]          = LBR_ANY,
 884         [PERF_SAMPLE_BRANCH_USER_SHIFT]         = LBR_USER,
 885         [PERF_SAMPLE_BRANCH_KERNEL_SHIFT]       = LBR_KERNEL,
 886         [PERF_SAMPLE_BRANCH_HV_SHIFT]           = LBR_IGN,
 887         [PERF_SAMPLE_BRANCH_ANY_RETURN_SHIFT]   = LBR_RETURN | LBR_FAR,
 888         [PERF_SAMPLE_BRANCH_ANY_CALL_SHIFT]     = LBR_REL_CALL | LBR_IND_CALL
 889                                                 | LBR_FAR,
 890         [PERF_SAMPLE_BRANCH_IND_CALL_SHIFT]     = LBR_IND_CALL,
 891         [PERF_SAMPLE_BRANCH_COND_SHIFT]         = LBR_JCC,
 892         [PERF_SAMPLE_BRANCH_IND_JUMP_SHIFT]     = LBR_IND_JMP,
 893 };
 894
 895 static const int hsw_lbr_sel_map[PERF_SAMPLE_BRANCH_MAX_SHIFT] = {
 896         [PERF_SAMPLE_BRANCH_ANY_SHIFT]          = LBR_ANY,
 897         [PERF_SAMPLE_BRANCH_USER_SHIFT]         = LBR_USER,
 898         [PERF_SAMPLE_BRANCH_KERNEL_SHIFT]       = LBR_KERNEL,
 899         [PERF_SAMPLE_BRANCH_HV_SHIFT]           = LBR_IGN,
 900         [PERF_SAMPLE_BRANCH_ANY_RETURN_SHIFT]   = LBR_RETURN | LBR_FAR,
 901         [PERF_SAMPLE_BRANCH_ANY_CALL_SHIFT]     = LBR_REL_CALL | LBR_IND_CALL
 902                                                 | LBR_FAR,
 903         [PERF_SAMPLE_BRANCH_IND_CALL_SHIFT]     = LBR_IND_CALL,
 904         [PERF_SAMPLE_BRANCH_COND_SHIFT]         = LBR_JCC,
 905         [PERF_SAMPLE_BRANCH_CALL_STACK_SHIFT]   = LBR_REL_CALL | LBR_IND_CALL
 906                                                 | LBR_RETURN | LBR_CALL_STACK,
 907         [PERF_SAMPLE_BRANCH_IND_JUMP_SHIFT]     = LBR_IND_JMP,
 908 };
 909
 910 /* core */
 911 void __init intel_pmu_lbr_init_core(void)
 912 {
 913         x86_pmu.lbr_nr     = 4;
 914         x86_pmu.lbr_tos    = MSR_LBR_TOS;
 915         x86_pmu.lbr_from   = MSR_LBR_CORE_FROM;
 916         x86_pmu.lbr_to     = MSR_LBR_CORE_TO;
 917
 918         /*
 919          * SW branch filter usage:
 920          * - compensate for lack of HW filter
 921          */
 922         pr_cont("4-deep LBR, ");
 923 }
 924
 925 /* nehalem/westmere */
 926 void __init intel_pmu_lbr_init_nhm(void)
 927 {
 928         x86_pmu.lbr_nr     = 16;
 929         x86_pmu.lbr_tos    = MSR_LBR_TOS;
 930         x86_pmu.lbr_from   = MSR_LBR_NHM_FROM;
 931         x86_pmu.lbr_to     = MSR_LBR_NHM_TO;
 932
 933         x86_pmu.lbr_sel_mask = LBR_SEL_MASK;
 934         x86_pmu.lbr_sel_map  = nhm_lbr_sel_map;
 935
 936         /*
 937          * SW branch filter usage:
 938          * - workaround LBR_SEL errata (see above)
 939          * - support syscall, sysret capture.
 940          *   That requires LBR_FAR but that means far
 941          *   jmp need to be filtered out
 942          */
 943         pr_cont("16-deep LBR, ");
 944 }
 945
 946 /* sandy bridge */
 947 void __init intel_pmu_lbr_init_snb(void)
 948 {
 949         x86_pmu.lbr_nr   = 16;
 950         x86_pmu.lbr_tos  = MSR_LBR_TOS;
 951         x86_pmu.lbr_from = MSR_LBR_NHM_FROM;
 952         x86_pmu.lbr_to   = MSR_LBR_NHM_TO;
 953
 954         x86_pmu.lbr_sel_mask = LBR_SEL_MASK;
 955         x86_pmu.lbr_sel_map  = snb_lbr_sel_map;
 956
 957         /*
 958          * SW branch filter usage:
 959          * - support syscall, sysret capture.
 960          *   That requires LBR_FAR but that means far
 961          *   jmp need to be filtered out
 962          */
 963         pr_cont("16-deep LBR, ");
 964 }
 965
 966 /* haswell */
 967 void intel_pmu_lbr_init_hsw(void)
 968 {
 969         x86_pmu.lbr_nr   = 16;
 970         x86_pmu.lbr_tos  = MSR_LBR_TOS;
 971         x86_pmu.lbr_from = MSR_LBR_NHM_FROM;
 972         x86_pmu.lbr_to   = MSR_LBR_NHM_TO;
 973
 974         x86_pmu.lbr_sel_mask = LBR_SEL_MASK;
 975         x86_pmu.lbr_sel_map  = hsw_lbr_sel_map;
 976
 977         pr_cont("16-deep LBR, ");
 978 }
 979
 980 /* skylake */
 981 __init void intel_pmu_lbr_init_skl(void)
 982 {
 983         x86_pmu.lbr_nr   = 32;
 984         x86_pmu.lbr_tos  = MSR_LBR_TOS;
 985         x86_pmu.lbr_from = MSR_LBR_NHM_FROM;
 986         x86_pmu.lbr_to   = MSR_LBR_NHM_TO;
 987
 988         x86_pmu.lbr_sel_mask = LBR_SEL_MASK;
 989         x86_pmu.lbr_sel_map  = hsw_lbr_sel_map;
 990
 991         /*
 992          * SW branch filter usage:
 993          * - support syscall, sysret capture.
 994          *   That requires LBR_FAR but that means far
 995          *   jmp need to be filtered out
 996          */
 997         pr_cont("32-deep LBR, ");
 998 }
 999
1000 /* atom */
1001 void __init intel_pmu_lbr_init_atom(void)
1002 {
1003         /*
1004          * only models starting at stepping 10 seems
1005          * to have an operational LBR which can freeze
1006          * on PMU interrupt
1007          */
1008         if (boot_cpu_data.x86_model == 28
1009             && boot_cpu_data.x86_mask < 10) {
1010                 pr_cont("LBR disabled due to erratum");
1011                 return;
1012         }
1013
1014         x86_pmu.lbr_nr     = 8;
1015         x86_pmu.lbr_tos    = MSR_LBR_TOS;
1016         x86_pmu.lbr_from   = MSR_LBR_CORE_FROM;
1017         x86_pmu.lbr_to     = MSR_LBR_CORE_TO;
1018
1019         /*
1020          * SW branch filter usage:
1021          * - compensate for lack of HW filter
1022          */
1023         pr_cont("8-deep LBR, ");
1024 }