]> Git Repo - linux.git/blob - arch/x86/mm/tlb.c
enetc: Migrate to PHYLINK and PCS_LYNX
[linux.git] / arch / x86 / mm / tlb.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 #include <linux/init.h>
3
4 #include <linux/mm.h>
5 #include <linux/spinlock.h>
6 #include <linux/smp.h>
7 #include <linux/interrupt.h>
8 #include <linux/export.h>
9 #include <linux/cpu.h>
10 #include <linux/debugfs.h>
11
12 #include <asm/tlbflush.h>
13 #include <asm/mmu_context.h>
14 #include <asm/nospec-branch.h>
15 #include <asm/cache.h>
16 #include <asm/apic.h>
17 #include <asm/uv/uv.h>
18
19 #include "mm_internal.h"
20
21 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
22 # define STATIC_NOPV
23 #else
24 # define STATIC_NOPV                    static
25 # define __flush_tlb_local              native_flush_tlb_local
26 # define __flush_tlb_global             native_flush_tlb_global
27 # define __flush_tlb_one_user(addr)     native_flush_tlb_one_user(addr)
28 # define __flush_tlb_others(msk, info)  native_flush_tlb_others(msk, info)
29 #endif
30
31 /*
32  *      TLB flushing, formerly SMP-only
33  *              c/o Linus Torvalds.
34  *
35  *      These mean you can really definitely utterly forget about
36  *      writing to user space from interrupts. (Its not allowed anyway).
37  *
38  *      Optimizations Manfred Spraul <[email protected]>
39  *
40  *      More scalable flush, from Andi Kleen
41  *
42  *      Implement flush IPI by CALL_FUNCTION_VECTOR, Alex Shi
43  */
44
45 /*
46  * Use bit 0 to mangle the TIF_SPEC_IB state into the mm pointer which is
47  * stored in cpu_tlb_state.last_user_mm_ibpb.
48  */
49 #define LAST_USER_MM_IBPB       0x1UL
50
51 /*
52  * The x86 feature is called PCID (Process Context IDentifier). It is similar
53  * to what is traditionally called ASID on the RISC processors.
54  *
55  * We don't use the traditional ASID implementation, where each process/mm gets
56  * its own ASID and flush/restart when we run out of ASID space.
57  *
58  * Instead we have a small per-cpu array of ASIDs and cache the last few mm's
59  * that came by on this CPU, allowing cheaper switch_mm between processes on
60  * this CPU.
61  *
62  * We end up with different spaces for different things. To avoid confusion we
63  * use different names for each of them:
64  *
65  * ASID  - [0, TLB_NR_DYN_ASIDS-1]
66  *         the canonical identifier for an mm
67  *
68  * kPCID - [1, TLB_NR_DYN_ASIDS]
69  *         the value we write into the PCID part of CR3; corresponds to the
70  *         ASID+1, because PCID 0 is special.
71  *
72  * uPCID - [2048 + 1, 2048 + TLB_NR_DYN_ASIDS]
73  *         for KPTI each mm has two address spaces and thus needs two
74  *         PCID values, but we can still do with a single ASID denomination
75  *         for each mm. Corresponds to kPCID + 2048.
76  *
77  */
78
79 /* There are 12 bits of space for ASIDS in CR3 */
80 #define CR3_HW_ASID_BITS                12
81
82 /*
83  * When enabled, PAGE_TABLE_ISOLATION consumes a single bit for
84  * user/kernel switches
85  */
86 #ifdef CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION
87 # define PTI_CONSUMED_PCID_BITS 1
88 #else
89 # define PTI_CONSUMED_PCID_BITS 0
90 #endif
91
92 #define CR3_AVAIL_PCID_BITS (X86_CR3_PCID_BITS - PTI_CONSUMED_PCID_BITS)
93
94 /*
95  * ASIDs are zero-based: 0->MAX_AVAIL_ASID are valid.  -1 below to account
96  * for them being zero-based.  Another -1 is because PCID 0 is reserved for
97  * use by non-PCID-aware users.
98  */
99 #define MAX_ASID_AVAILABLE ((1 << CR3_AVAIL_PCID_BITS) - 2)
100
101 /*
102  * Given @asid, compute kPCID
103  */
104 static inline u16 kern_pcid(u16 asid)
105 {
106         VM_WARN_ON_ONCE(asid > MAX_ASID_AVAILABLE);
107
108 #ifdef CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION
109         /*
110          * Make sure that the dynamic ASID space does not confict with the
111          * bit we are using to switch between user and kernel ASIDs.
112          */
113         BUILD_BUG_ON(TLB_NR_DYN_ASIDS >= (1 << X86_CR3_PTI_PCID_USER_BIT));
114
115         /*
116          * The ASID being passed in here should have respected the
117          * MAX_ASID_AVAILABLE and thus never have the switch bit set.
118          */
119         VM_WARN_ON_ONCE(asid & (1 << X86_CR3_PTI_PCID_USER_BIT));
120 #endif
121         /*
122          * The dynamically-assigned ASIDs that get passed in are small
123          * (<TLB_NR_DYN_ASIDS).  They never have the high switch bit set,
124          * so do not bother to clear it.
125          *
126          * If PCID is on, ASID-aware code paths put the ASID+1 into the
127          * PCID bits.  This serves two purposes.  It prevents a nasty
128          * situation in which PCID-unaware code saves CR3, loads some other
129          * value (with PCID == 0), and then restores CR3, thus corrupting
130          * the TLB for ASID 0 if the saved ASID was nonzero.  It also means
131          * that any bugs involving loading a PCID-enabled CR3 with
132          * CR4.PCIDE off will trigger deterministically.
133          */
134         return asid + 1;
135 }
136
137 /*
138  * Given @asid, compute uPCID
139  */
140 static inline u16 user_pcid(u16 asid)
141 {
142         u16 ret = kern_pcid(asid);
143 #ifdef CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION
144         ret |= 1 << X86_CR3_PTI_PCID_USER_BIT;
145 #endif
146         return ret;
147 }
148
149 static inline unsigned long build_cr3(pgd_t *pgd, u16 asid)
150 {
151         if (static_cpu_has(X86_FEATURE_PCID)) {
152                 return __sme_pa(pgd) | kern_pcid(asid);
153         } else {
154                 VM_WARN_ON_ONCE(asid != 0);
155                 return __sme_pa(pgd);
156         }
157 }
158
159 static inline unsigned long build_cr3_noflush(pgd_t *pgd, u16 asid)
160 {
161         VM_WARN_ON_ONCE(asid > MAX_ASID_AVAILABLE);
162         /*
163          * Use boot_cpu_has() instead of this_cpu_has() as this function
164          * might be called during early boot. This should work even after
165          * boot because all CPU's the have same capabilities:
166          */
167         VM_WARN_ON_ONCE(!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PCID));
168         return __sme_pa(pgd) | kern_pcid(asid) | CR3_NOFLUSH;
169 }
170
171 /*
172  * We get here when we do something requiring a TLB invalidation
173  * but could not go invalidate all of the contexts.  We do the
174  * necessary invalidation by clearing out the 'ctx_id' which
175  * forces a TLB flush when the context is loaded.
176  */
177 static void clear_asid_other(void)
178 {
179         u16 asid;
180
181         /*
182          * This is only expected to be set if we have disabled
183          * kernel _PAGE_GLOBAL pages.
184          */
185         if (!static_cpu_has(X86_FEATURE_PTI)) {
186                 WARN_ON_ONCE(1);
187                 return;
188         }
189
190         for (asid = 0; asid < TLB_NR_DYN_ASIDS; asid++) {
191                 /* Do not need to flush the current asid */
192                 if (asid == this_cpu_read(cpu_tlbstate.loaded_mm_asid))
193                         continue;
194                 /*
195                  * Make sure the next time we go to switch to
196                  * this asid, we do a flush:
197                  */
198                 this_cpu_write(cpu_tlbstate.ctxs[asid].ctx_id, 0);
199         }
200         this_cpu_write(cpu_tlbstate.invalidate_other, false);
201 }
202
203 atomic64_t last_mm_ctx_id = ATOMIC64_INIT(1);
204
205
206 static void choose_new_asid(struct mm_struct *next, u64 next_tlb_gen,
207                             u16 *new_asid, bool *need_flush)
208 {
209         u16 asid;
210
211         if (!static_cpu_has(X86_FEATURE_PCID)) {
212                 *new_asid = 0;
213                 *need_flush = true;
214                 return;
215         }
216
217         if (this_cpu_read(cpu_tlbstate.invalidate_other))
218                 clear_asid_other();
219
220         for (asid = 0; asid < TLB_NR_DYN_ASIDS; asid++) {
221                 if (this_cpu_read(cpu_tlbstate.ctxs[asid].ctx_id) !=
222                     next->context.ctx_id)
223                         continue;
224
225                 *new_asid = asid;
226                 *need_flush = (this_cpu_read(cpu_tlbstate.ctxs[asid].tlb_gen) <
227                                next_tlb_gen);
228                 return;
229         }
230
231         /*
232          * We don't currently own an ASID slot on this CPU.
233          * Allocate a slot.
234          */
235         *new_asid = this_cpu_add_return(cpu_tlbstate.next_asid, 1) - 1;
236         if (*new_asid >= TLB_NR_DYN_ASIDS) {
237                 *new_asid = 0;
238                 this_cpu_write(cpu_tlbstate.next_asid, 1);
239         }
240         *need_flush = true;
241 }
242
243 /*
244  * Given an ASID, flush the corresponding user ASID.  We can delay this
245  * until the next time we switch to it.
246  *
247  * See SWITCH_TO_USER_CR3.
248  */
249 static inline void invalidate_user_asid(u16 asid)
250 {
251         /* There is no user ASID if address space separation is off */
252         if (!IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION))
253                 return;
254
255         /*
256          * We only have a single ASID if PCID is off and the CR3
257          * write will have flushed it.
258          */
259         if (!cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PCID))
260                 return;
261
262         if (!static_cpu_has(X86_FEATURE_PTI))
263                 return;
264
265         __set_bit(kern_pcid(asid),
266                   (unsigned long *)this_cpu_ptr(&cpu_tlbstate.user_pcid_flush_mask));
267 }
268
269 static void load_new_mm_cr3(pgd_t *pgdir, u16 new_asid, bool need_flush)
270 {
271         unsigned long new_mm_cr3;
272
273         if (need_flush) {
274                 invalidate_user_asid(new_asid);
275                 new_mm_cr3 = build_cr3(pgdir, new_asid);
276         } else {
277                 new_mm_cr3 = build_cr3_noflush(pgdir, new_asid);
278         }
279
280         /*
281          * Caution: many callers of this function expect
282          * that load_cr3() is serializing and orders TLB
283          * fills with respect to the mm_cpumask writes.
284          */
285         write_cr3(new_mm_cr3);
286 }
287
288 void leave_mm(int cpu)
289 {
290         struct mm_struct *loaded_mm = this_cpu_read(cpu_tlbstate.loaded_mm);
291
292         /*
293          * It's plausible that we're in lazy TLB mode while our mm is init_mm.
294          * If so, our callers still expect us to flush the TLB, but there
295          * aren't any user TLB entries in init_mm to worry about.
296          *
297          * This needs to happen before any other sanity checks due to
298          * intel_idle's shenanigans.
299          */
300         if (loaded_mm == &init_mm)
301                 return;
302
303         /* Warn if we're not lazy. */
304         WARN_ON(!this_cpu_read(cpu_tlbstate.is_lazy));
305
306         switch_mm(NULL, &init_mm, NULL);
307 }
308 EXPORT_SYMBOL_GPL(leave_mm);
309
310 void switch_mm(struct mm_struct *prev, struct mm_struct *next,
311                struct task_struct *tsk)
312 {
313         unsigned long flags;
314
315         local_irq_save(flags);
316         switch_mm_irqs_off(prev, next, tsk);
317         local_irq_restore(flags);
318 }
319
320 static inline unsigned long mm_mangle_tif_spec_ib(struct task_struct *next)
321 {
322         unsigned long next_tif = task_thread_info(next)->flags;
323         unsigned long ibpb = (next_tif >> TIF_SPEC_IB) & LAST_USER_MM_IBPB;
324
325         return (unsigned long)next->mm | ibpb;
326 }
327
328 static void cond_ibpb(struct task_struct *next)
329 {
330         if (!next || !next->mm)
331                 return;
332
333         /*
334          * Both, the conditional and the always IBPB mode use the mm
335          * pointer to avoid the IBPB when switching between tasks of the
336          * same process. Using the mm pointer instead of mm->context.ctx_id
337          * opens a hypothetical hole vs. mm_struct reuse, which is more or
338          * less impossible to control by an attacker. Aside of that it
339          * would only affect the first schedule so the theoretically
340          * exposed data is not really interesting.
341          */
342         if (static_branch_likely(&switch_mm_cond_ibpb)) {
343                 unsigned long prev_mm, next_mm;
344
345                 /*
346                  * This is a bit more complex than the always mode because
347                  * it has to handle two cases:
348                  *
349                  * 1) Switch from a user space task (potential attacker)
350                  *    which has TIF_SPEC_IB set to a user space task
351                  *    (potential victim) which has TIF_SPEC_IB not set.
352                  *
353                  * 2) Switch from a user space task (potential attacker)
354                  *    which has TIF_SPEC_IB not set to a user space task
355                  *    (potential victim) which has TIF_SPEC_IB set.
356                  *
357                  * This could be done by unconditionally issuing IBPB when
358                  * a task which has TIF_SPEC_IB set is either scheduled in
359                  * or out. Though that results in two flushes when:
360                  *
361                  * - the same user space task is scheduled out and later
362                  *   scheduled in again and only a kernel thread ran in
363                  *   between.
364                  *
365                  * - a user space task belonging to the same process is
366                  *   scheduled in after a kernel thread ran in between
367                  *
368                  * - a user space task belonging to the same process is
369                  *   scheduled in immediately.
370                  *
371                  * Optimize this with reasonably small overhead for the
372                  * above cases. Mangle the TIF_SPEC_IB bit into the mm
373                  * pointer of the incoming task which is stored in
374                  * cpu_tlbstate.last_user_mm_ibpb for comparison.
375                  */
376                 next_mm = mm_mangle_tif_spec_ib(next);
377                 prev_mm = this_cpu_read(cpu_tlbstate.last_user_mm_ibpb);
378
379                 /*
380                  * Issue IBPB only if the mm's are different and one or
381                  * both have the IBPB bit set.
382                  */
383                 if (next_mm != prev_mm &&
384                     (next_mm | prev_mm) & LAST_USER_MM_IBPB)
385                         indirect_branch_prediction_barrier();
386
387                 this_cpu_write(cpu_tlbstate.last_user_mm_ibpb, next_mm);
388         }
389
390         if (static_branch_unlikely(&switch_mm_always_ibpb)) {
391                 /*
392                  * Only flush when switching to a user space task with a
393                  * different context than the user space task which ran
394                  * last on this CPU.
395                  */
396                 if (this_cpu_read(cpu_tlbstate.last_user_mm) != next->mm) {
397                         indirect_branch_prediction_barrier();
398                         this_cpu_write(cpu_tlbstate.last_user_mm, next->mm);
399                 }
400         }
401 }
402
403 #ifdef CONFIG_PERF_EVENTS
404 static inline void cr4_update_pce_mm(struct mm_struct *mm)
405 {
406         if (static_branch_unlikely(&rdpmc_always_available_key) ||
407             (!static_branch_unlikely(&rdpmc_never_available_key) &&
408              atomic_read(&mm->context.perf_rdpmc_allowed)))
409                 cr4_set_bits_irqsoff(X86_CR4_PCE);
410         else
411                 cr4_clear_bits_irqsoff(X86_CR4_PCE);
412 }
413
414 void cr4_update_pce(void *ignored)
415 {
416         cr4_update_pce_mm(this_cpu_read(cpu_tlbstate.loaded_mm));
417 }
418
419 #else
420 static inline void cr4_update_pce_mm(struct mm_struct *mm) { }
421 #endif
422
423 void switch_mm_irqs_off(struct mm_struct *prev, struct mm_struct *next,
424                         struct task_struct *tsk)
425 {
426         struct mm_struct *real_prev = this_cpu_read(cpu_tlbstate.loaded_mm);
427         u16 prev_asid = this_cpu_read(cpu_tlbstate.loaded_mm_asid);
428         bool was_lazy = this_cpu_read(cpu_tlbstate.is_lazy);
429         unsigned cpu = smp_processor_id();
430         u64 next_tlb_gen;
431         bool need_flush;
432         u16 new_asid;
433
434         /*
435          * NB: The scheduler will call us with prev == next when switching
436          * from lazy TLB mode to normal mode if active_mm isn't changing.
437          * When this happens, we don't assume that CR3 (and hence
438          * cpu_tlbstate.loaded_mm) matches next.
439          *
440          * NB: leave_mm() calls us with prev == NULL and tsk == NULL.
441          */
442
443         /* We don't want flush_tlb_func_* to run concurrently with us. */
444         if (IS_ENABLED(CONFIG_PROVE_LOCKING))
445                 WARN_ON_ONCE(!irqs_disabled());
446
447         /*
448          * Verify that CR3 is what we think it is.  This will catch
449          * hypothetical buggy code that directly switches to swapper_pg_dir
450          * without going through leave_mm() / switch_mm_irqs_off() or that
451          * does something like write_cr3(read_cr3_pa()).
452          *
453          * Only do this check if CONFIG_DEBUG_VM=y because __read_cr3()
454          * isn't free.
455          */
456 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
457         if (WARN_ON_ONCE(__read_cr3() != build_cr3(real_prev->pgd, prev_asid))) {
458                 /*
459                  * If we were to BUG here, we'd be very likely to kill
460                  * the system so hard that we don't see the call trace.
461                  * Try to recover instead by ignoring the error and doing
462                  * a global flush to minimize the chance of corruption.
463                  *
464                  * (This is far from being a fully correct recovery.
465                  *  Architecturally, the CPU could prefetch something
466                  *  back into an incorrect ASID slot and leave it there
467                  *  to cause trouble down the road.  It's better than
468                  *  nothing, though.)
469                  */
470                 __flush_tlb_all();
471         }
472 #endif
473         this_cpu_write(cpu_tlbstate.is_lazy, false);
474
475         /*
476          * The membarrier system call requires a full memory barrier and
477          * core serialization before returning to user-space, after
478          * storing to rq->curr. Writing to CR3 provides that full
479          * memory barrier and core serializing instruction.
480          */
481         if (real_prev == next) {
482                 VM_WARN_ON(this_cpu_read(cpu_tlbstate.ctxs[prev_asid].ctx_id) !=
483                            next->context.ctx_id);
484
485                 /*
486                  * Even in lazy TLB mode, the CPU should stay set in the
487                  * mm_cpumask. The TLB shootdown code can figure out from
488                  * from cpu_tlbstate.is_lazy whether or not to send an IPI.
489                  */
490                 if (WARN_ON_ONCE(real_prev != &init_mm &&
491                                  !cpumask_test_cpu(cpu, mm_cpumask(next))))
492                         cpumask_set_cpu(cpu, mm_cpumask(next));
493
494                 /*
495                  * If the CPU is not in lazy TLB mode, we are just switching
496                  * from one thread in a process to another thread in the same
497                  * process. No TLB flush required.
498                  */
499                 if (!was_lazy)
500                         return;
501
502                 /*
503                  * Read the tlb_gen to check whether a flush is needed.
504                  * If the TLB is up to date, just use it.
505                  * The barrier synchronizes with the tlb_gen increment in
506                  * the TLB shootdown code.
507                  */
508                 smp_mb();
509                 next_tlb_gen = atomic64_read(&next->context.tlb_gen);
510                 if (this_cpu_read(cpu_tlbstate.ctxs[prev_asid].tlb_gen) ==
511                                 next_tlb_gen)
512                         return;
513
514                 /*
515                  * TLB contents went out of date while we were in lazy
516                  * mode. Fall through to the TLB switching code below.
517                  */
518                 new_asid = prev_asid;
519                 need_flush = true;
520         } else {
521                 /*
522                  * Avoid user/user BTB poisoning by flushing the branch
523                  * predictor when switching between processes. This stops
524                  * one process from doing Spectre-v2 attacks on another.
525                  */
526                 cond_ibpb(tsk);
527
528                 /*
529                  * Stop remote flushes for the previous mm.
530                  * Skip kernel threads; we never send init_mm TLB flushing IPIs,
531                  * but the bitmap manipulation can cause cache line contention.
532                  */
533                 if (real_prev != &init_mm) {
534                         VM_WARN_ON_ONCE(!cpumask_test_cpu(cpu,
535                                                 mm_cpumask(real_prev)));
536                         cpumask_clear_cpu(cpu, mm_cpumask(real_prev));
537                 }
538
539                 /*
540                  * Start remote flushes and then read tlb_gen.
541                  */
542                 if (next != &init_mm)
543                         cpumask_set_cpu(cpu, mm_cpumask(next));
544                 next_tlb_gen = atomic64_read(&next->context.tlb_gen);
545
546                 choose_new_asid(next, next_tlb_gen, &new_asid, &need_flush);
547
548                 /* Let nmi_uaccess_okay() know that we're changing CR3. */
549                 this_cpu_write(cpu_tlbstate.loaded_mm, LOADED_MM_SWITCHING);
550                 barrier();
551         }
552
553         if (need_flush) {
554                 this_cpu_write(cpu_tlbstate.ctxs[new_asid].ctx_id, next->context.ctx_id);
555                 this_cpu_write(cpu_tlbstate.ctxs[new_asid].tlb_gen, next_tlb_gen);
556                 load_new_mm_cr3(next->pgd, new_asid, true);
557
558                 trace_tlb_flush(TLB_FLUSH_ON_TASK_SWITCH, TLB_FLUSH_ALL);
559         } else {
560                 /* The new ASID is already up to date. */
561                 load_new_mm_cr3(next->pgd, new_asid, false);
562
563                 trace_tlb_flush(TLB_FLUSH_ON_TASK_SWITCH, 0);
564         }
565
566         /* Make sure we write CR3 before loaded_mm. */
567         barrier();
568
569         this_cpu_write(cpu_tlbstate.loaded_mm, next);
570         this_cpu_write(cpu_tlbstate.loaded_mm_asid, new_asid);
571
572         if (next != real_prev) {
573                 cr4_update_pce_mm(next);
574                 switch_ldt(real_prev, next);
575         }
576 }
577
578 /*
579  * Please ignore the name of this function.  It should be called
580  * switch_to_kernel_thread().
581  *
582  * enter_lazy_tlb() is a hint from the scheduler that we are entering a
583  * kernel thread or other context without an mm.  Acceptable implementations
584  * include doing nothing whatsoever, switching to init_mm, or various clever
585  * lazy tricks to try to minimize TLB flushes.
586  *
587  * The scheduler reserves the right to call enter_lazy_tlb() several times
588  * in a row.  It will notify us that we're going back to a real mm by
589  * calling switch_mm_irqs_off().
590  */
591 void enter_lazy_tlb(struct mm_struct *mm, struct task_struct *tsk)
592 {
593         if (this_cpu_read(cpu_tlbstate.loaded_mm) == &init_mm)
594                 return;
595
596         this_cpu_write(cpu_tlbstate.is_lazy, true);
597 }
598
599 /*
600  * Call this when reinitializing a CPU.  It fixes the following potential
601  * problems:
602  *
603  * - The ASID changed from what cpu_tlbstate thinks it is (most likely
604  *   because the CPU was taken down and came back up with CR3's PCID
605  *   bits clear.  CPU hotplug can do this.
606  *
607  * - The TLB contains junk in slots corresponding to inactive ASIDs.
608  *
609  * - The CPU went so far out to lunch that it may have missed a TLB
610  *   flush.
611  */
612 void initialize_tlbstate_and_flush(void)
613 {
614         int i;
615         struct mm_struct *mm = this_cpu_read(cpu_tlbstate.loaded_mm);
616         u64 tlb_gen = atomic64_read(&init_mm.context.tlb_gen);
617         unsigned long cr3 = __read_cr3();
618
619         /* Assert that CR3 already references the right mm. */
620         WARN_ON((cr3 & CR3_ADDR_MASK) != __pa(mm->pgd));
621
622         /*
623          * Assert that CR4.PCIDE is set if needed.  (CR4.PCIDE initialization
624          * doesn't work like other CR4 bits because it can only be set from
625          * long mode.)
626          */
627         WARN_ON(boot_cpu_has(X86_FEATURE_PCID) &&
628                 !(cr4_read_shadow() & X86_CR4_PCIDE));
629
630         /* Force ASID 0 and force a TLB flush. */
631         write_cr3(build_cr3(mm->pgd, 0));
632
633         /* Reinitialize tlbstate. */
634         this_cpu_write(cpu_tlbstate.last_user_mm_ibpb, LAST_USER_MM_IBPB);
635         this_cpu_write(cpu_tlbstate.loaded_mm_asid, 0);
636         this_cpu_write(cpu_tlbstate.next_asid, 1);
637         this_cpu_write(cpu_tlbstate.ctxs[0].ctx_id, mm->context.ctx_id);
638         this_cpu_write(cpu_tlbstate.ctxs[0].tlb_gen, tlb_gen);
639
640         for (i = 1; i < TLB_NR_DYN_ASIDS; i++)
641                 this_cpu_write(cpu_tlbstate.ctxs[i].ctx_id, 0);
642 }
643
644 /*
645  * flush_tlb_func_common()'s memory ordering requirement is that any
646  * TLB fills that happen after we flush the TLB are ordered after we
647  * read active_mm's tlb_gen.  We don't need any explicit barriers
648  * because all x86 flush operations are serializing and the
649  * atomic64_read operation won't be reordered by the compiler.
650  */
651 static void flush_tlb_func_common(const struct flush_tlb_info *f,
652                                   bool local, enum tlb_flush_reason reason)
653 {
654         /*
655          * We have three different tlb_gen values in here.  They are:
656          *
657          * - mm_tlb_gen:     the latest generation.
658          * - local_tlb_gen:  the generation that this CPU has already caught
659          *                   up to.
660          * - f->new_tlb_gen: the generation that the requester of the flush
661          *                   wants us to catch up to.
662          */
663         struct mm_struct *loaded_mm = this_cpu_read(cpu_tlbstate.loaded_mm);
664         u32 loaded_mm_asid = this_cpu_read(cpu_tlbstate.loaded_mm_asid);
665         u64 mm_tlb_gen = atomic64_read(&loaded_mm->context.tlb_gen);
666         u64 local_tlb_gen = this_cpu_read(cpu_tlbstate.ctxs[loaded_mm_asid].tlb_gen);
667
668         /* This code cannot presently handle being reentered. */
669         VM_WARN_ON(!irqs_disabled());
670
671         if (unlikely(loaded_mm == &init_mm))
672                 return;
673
674         VM_WARN_ON(this_cpu_read(cpu_tlbstate.ctxs[loaded_mm_asid].ctx_id) !=
675                    loaded_mm->context.ctx_id);
676
677         if (this_cpu_read(cpu_tlbstate.is_lazy)) {
678                 /*
679                  * We're in lazy mode.  We need to at least flush our
680                  * paging-structure cache to avoid speculatively reading
681                  * garbage into our TLB.  Since switching to init_mm is barely
682                  * slower than a minimal flush, just switch to init_mm.
683                  *
684                  * This should be rare, with native_flush_tlb_others skipping
685                  * IPIs to lazy TLB mode CPUs.
686                  */
687                 switch_mm_irqs_off(NULL, &init_mm, NULL);
688                 return;
689         }
690
691         if (unlikely(local_tlb_gen == mm_tlb_gen)) {
692                 /*
693                  * There's nothing to do: we're already up to date.  This can
694                  * happen if two concurrent flushes happen -- the first flush to
695                  * be handled can catch us all the way up, leaving no work for
696                  * the second flush.
697                  */
698                 trace_tlb_flush(reason, 0);
699                 return;
700         }
701
702         WARN_ON_ONCE(local_tlb_gen > mm_tlb_gen);
703         WARN_ON_ONCE(f->new_tlb_gen > mm_tlb_gen);
704
705         /*
706          * If we get to this point, we know that our TLB is out of date.
707          * This does not strictly imply that we need to flush (it's
708          * possible that f->new_tlb_gen <= local_tlb_gen), but we're
709          * going to need to flush in the very near future, so we might
710          * as well get it over with.
711          *
712          * The only question is whether to do a full or partial flush.
713          *
714          * We do a partial flush if requested and two extra conditions
715          * are met:
716          *
717          * 1. f->new_tlb_gen == local_tlb_gen + 1.  We have an invariant that
718          *    we've always done all needed flushes to catch up to
719          *    local_tlb_gen.  If, for example, local_tlb_gen == 2 and
720          *    f->new_tlb_gen == 3, then we know that the flush needed to bring
721          *    us up to date for tlb_gen 3 is the partial flush we're
722          *    processing.
723          *
724          *    As an example of why this check is needed, suppose that there
725          *    are two concurrent flushes.  The first is a full flush that
726          *    changes context.tlb_gen from 1 to 2.  The second is a partial
727          *    flush that changes context.tlb_gen from 2 to 3.  If they get
728          *    processed on this CPU in reverse order, we'll see
729          *     local_tlb_gen == 1, mm_tlb_gen == 3, and end != TLB_FLUSH_ALL.
730          *    If we were to use __flush_tlb_one_user() and set local_tlb_gen to
731          *    3, we'd be break the invariant: we'd update local_tlb_gen above
732          *    1 without the full flush that's needed for tlb_gen 2.
733          *
734          * 2. f->new_tlb_gen == mm_tlb_gen.  This is purely an optimiation.
735          *    Partial TLB flushes are not all that much cheaper than full TLB
736          *    flushes, so it seems unlikely that it would be a performance win
737          *    to do a partial flush if that won't bring our TLB fully up to
738          *    date.  By doing a full flush instead, we can increase
739          *    local_tlb_gen all the way to mm_tlb_gen and we can probably
740          *    avoid another flush in the very near future.
741          */
742         if (f->end != TLB_FLUSH_ALL &&
743             f->new_tlb_gen == local_tlb_gen + 1 &&
744             f->new_tlb_gen == mm_tlb_gen) {
745                 /* Partial flush */
746                 unsigned long nr_invalidate = (f->end - f->start) >> f->stride_shift;
747                 unsigned long addr = f->start;
748
749                 while (addr < f->end) {
750                         flush_tlb_one_user(addr);
751                         addr += 1UL << f->stride_shift;
752                 }
753                 if (local)
754                         count_vm_tlb_events(NR_TLB_LOCAL_FLUSH_ONE, nr_invalidate);
755                 trace_tlb_flush(reason, nr_invalidate);
756         } else {
757                 /* Full flush. */
758                 flush_tlb_local();
759                 if (local)
760                         count_vm_tlb_event(NR_TLB_LOCAL_FLUSH_ALL);
761                 trace_tlb_flush(reason, TLB_FLUSH_ALL);
762         }
763
764         /* Both paths above update our state to mm_tlb_gen. */
765         this_cpu_write(cpu_tlbstate.ctxs[loaded_mm_asid].tlb_gen, mm_tlb_gen);
766 }
767
768 static void flush_tlb_func_local(const void *info, enum tlb_flush_reason reason)
769 {
770         const struct flush_tlb_info *f = info;
771
772         flush_tlb_func_common(f, true, reason);
773 }
774
775 static void flush_tlb_func_remote(void *info)
776 {
777         const struct flush_tlb_info *f = info;
778
779         inc_irq_stat(irq_tlb_count);
780
781         if (f->mm && f->mm != this_cpu_read(cpu_tlbstate.loaded_mm))
782                 return;
783
784         count_vm_tlb_event(NR_TLB_REMOTE_FLUSH_RECEIVED);
785         flush_tlb_func_common(f, false, TLB_REMOTE_SHOOTDOWN);
786 }
787
788 static bool tlb_is_not_lazy(int cpu, void *data)
789 {
790         return !per_cpu(cpu_tlbstate.is_lazy, cpu);
791 }
792
793 STATIC_NOPV void native_flush_tlb_others(const struct cpumask *cpumask,
794                                          const struct flush_tlb_info *info)
795 {
796         count_vm_tlb_event(NR_TLB_REMOTE_FLUSH);
797         if (info->end == TLB_FLUSH_ALL)
798                 trace_tlb_flush(TLB_REMOTE_SEND_IPI, TLB_FLUSH_ALL);
799         else
800                 trace_tlb_flush(TLB_REMOTE_SEND_IPI,
801                                 (info->end - info->start) >> PAGE_SHIFT);
802
803         if (is_uv_system()) {
804                 /*
805                  * This whole special case is confused.  UV has a "Broadcast
806                  * Assist Unit", which seems to be a fancy way to send IPIs.
807                  * Back when x86 used an explicit TLB flush IPI, UV was
808                  * optimized to use its own mechanism.  These days, x86 uses
809                  * smp_call_function_many(), but UV still uses a manual IPI,
810                  * and that IPI's action is out of date -- it does a manual
811                  * flush instead of calling flush_tlb_func_remote().  This
812                  * means that the percpu tlb_gen variables won't be updated
813                  * and we'll do pointless flushes on future context switches.
814                  *
815                  * Rather than hooking native_flush_tlb_others() here, I think
816                  * that UV should be updated so that smp_call_function_many(),
817                  * etc, are optimal on UV.
818                  */
819                 cpumask = uv_flush_tlb_others(cpumask, info);
820                 if (cpumask)
821                         smp_call_function_many(cpumask, flush_tlb_func_remote,
822                                                (void *)info, 1);
823                 return;
824         }
825
826         /*
827          * If no page tables were freed, we can skip sending IPIs to
828          * CPUs in lazy TLB mode. They will flush the CPU themselves
829          * at the next context switch.
830          *
831          * However, if page tables are getting freed, we need to send the
832          * IPI everywhere, to prevent CPUs in lazy TLB mode from tripping
833          * up on the new contents of what used to be page tables, while
834          * doing a speculative memory access.
835          */
836         if (info->freed_tables)
837                 smp_call_function_many(cpumask, flush_tlb_func_remote,
838                                (void *)info, 1);
839         else
840                 on_each_cpu_cond_mask(tlb_is_not_lazy, flush_tlb_func_remote,
841                                 (void *)info, 1, cpumask);
842 }
843
844 void flush_tlb_others(const struct cpumask *cpumask,
845                       const struct flush_tlb_info *info)
846 {
847         __flush_tlb_others(cpumask, info);
848 }
849
850 /*
851  * See Documentation/x86/tlb.rst for details.  We choose 33
852  * because it is large enough to cover the vast majority (at
853  * least 95%) of allocations, and is small enough that we are
854  * confident it will not cause too much overhead.  Each single
855  * flush is about 100 ns, so this caps the maximum overhead at
856  * _about_ 3,000 ns.
857  *
858  * This is in units of pages.
859  */
860 unsigned long tlb_single_page_flush_ceiling __read_mostly = 33;
861
862 static DEFINE_PER_CPU_SHARED_ALIGNED(struct flush_tlb_info, flush_tlb_info);
863
864 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
865 static DEFINE_PER_CPU(unsigned int, flush_tlb_info_idx);
866 #endif
867
868 static inline struct flush_tlb_info *get_flush_tlb_info(struct mm_struct *mm,
869                         unsigned long start, unsigned long end,
870                         unsigned int stride_shift, bool freed_tables,
871                         u64 new_tlb_gen)
872 {
873         struct flush_tlb_info *info = this_cpu_ptr(&flush_tlb_info);
874
875 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
876         /*
877          * Ensure that the following code is non-reentrant and flush_tlb_info
878          * is not overwritten. This means no TLB flushing is initiated by
879          * interrupt handlers and machine-check exception handlers.
880          */
881         BUG_ON(this_cpu_inc_return(flush_tlb_info_idx) != 1);
882 #endif
883
884         info->start             = start;
885         info->end               = end;
886         info->mm                = mm;
887         info->stride_shift      = stride_shift;
888         info->freed_tables      = freed_tables;
889         info->new_tlb_gen       = new_tlb_gen;
890
891         return info;
892 }
893
894 static inline void put_flush_tlb_info(void)
895 {
896 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
897         /* Complete reentrency prevention checks */
898         barrier();
899         this_cpu_dec(flush_tlb_info_idx);
900 #endif
901 }
902
903 void flush_tlb_mm_range(struct mm_struct *mm, unsigned long start,
904                                 unsigned long end, unsigned int stride_shift,
905                                 bool freed_tables)
906 {
907         struct flush_tlb_info *info;
908         u64 new_tlb_gen;
909         int cpu;
910
911         cpu = get_cpu();
912
913         /* Should we flush just the requested range? */
914         if ((end == TLB_FLUSH_ALL) ||
915             ((end - start) >> stride_shift) > tlb_single_page_flush_ceiling) {
916                 start = 0;
917                 end = TLB_FLUSH_ALL;
918         }
919
920         /* This is also a barrier that synchronizes with switch_mm(). */
921         new_tlb_gen = inc_mm_tlb_gen(mm);
922
923         info = get_flush_tlb_info(mm, start, end, stride_shift, freed_tables,
924                                   new_tlb_gen);
925
926         if (mm == this_cpu_read(cpu_tlbstate.loaded_mm)) {
927                 lockdep_assert_irqs_enabled();
928                 local_irq_disable();
929                 flush_tlb_func_local(info, TLB_LOCAL_MM_SHOOTDOWN);
930                 local_irq_enable();
931         }
932
933         if (cpumask_any_but(mm_cpumask(mm), cpu) < nr_cpu_ids)
934                 flush_tlb_others(mm_cpumask(mm), info);
935
936         put_flush_tlb_info();
937         put_cpu();
938 }
939
940
941 static void do_flush_tlb_all(void *info)
942 {
943         count_vm_tlb_event(NR_TLB_REMOTE_FLUSH_RECEIVED);
944         __flush_tlb_all();
945 }
946
947 void flush_tlb_all(void)
948 {
949         count_vm_tlb_event(NR_TLB_REMOTE_FLUSH);
950         on_each_cpu(do_flush_tlb_all, NULL, 1);
951 }
952
953 static void do_kernel_range_flush(void *info)
954 {
955         struct flush_tlb_info *f = info;
956         unsigned long addr;
957
958         /* flush range by one by one 'invlpg' */
959         for (addr = f->start; addr < f->end; addr += PAGE_SIZE)
960                 flush_tlb_one_kernel(addr);
961 }
962
963 void flush_tlb_kernel_range(unsigned long start, unsigned long end)
964 {
965         /* Balance as user space task's flush, a bit conservative */
966         if (end == TLB_FLUSH_ALL ||
967             (end - start) > tlb_single_page_flush_ceiling << PAGE_SHIFT) {
968                 on_each_cpu(do_flush_tlb_all, NULL, 1);
969         } else {
970                 struct flush_tlb_info *info;
971
972                 preempt_disable();
973                 info = get_flush_tlb_info(NULL, start, end, 0, false, 0);
974
975                 on_each_cpu(do_kernel_range_flush, info, 1);
976
977                 put_flush_tlb_info();
978                 preempt_enable();
979         }
980 }
981
982 /*
983  * This can be used from process context to figure out what the value of
984  * CR3 is without needing to do a (slow) __read_cr3().
985  *
986  * It's intended to be used for code like KVM that sneakily changes CR3
987  * and needs to restore it.  It needs to be used very carefully.
988  */
989 unsigned long __get_current_cr3_fast(void)
990 {
991         unsigned long cr3 = build_cr3(this_cpu_read(cpu_tlbstate.loaded_mm)->pgd,
992                 this_cpu_read(cpu_tlbstate.loaded_mm_asid));
993
994         /* For now, be very restrictive about when this can be called. */
995         VM_WARN_ON(in_nmi() || preemptible());
996
997         VM_BUG_ON(cr3 != __read_cr3());
998         return cr3;
999 }
1000 EXPORT_SYMBOL_GPL(__get_current_cr3_fast);
1001
1002 /*
1003  * Flush one page in the kernel mapping
1004  */
1005 void flush_tlb_one_kernel(unsigned long addr)
1006 {
1007         count_vm_tlb_event(NR_TLB_LOCAL_FLUSH_ONE);
1008
1009         /*
1010          * If PTI is off, then __flush_tlb_one_user() is just INVLPG or its
1011          * paravirt equivalent.  Even with PCID, this is sufficient: we only
1012          * use PCID if we also use global PTEs for the kernel mapping, and
1013          * INVLPG flushes global translations across all address spaces.
1014          *
1015          * If PTI is on, then the kernel is mapped with non-global PTEs, and
1016          * __flush_tlb_one_user() will flush the given address for the current
1017          * kernel address space and for its usermode counterpart, but it does
1018          * not flush it for other address spaces.
1019          */
1020         flush_tlb_one_user(addr);
1021
1022         if (!static_cpu_has(X86_FEATURE_PTI))
1023                 return;
1024
1025         /*
1026          * See above.  We need to propagate the flush to all other address
1027          * spaces.  In principle, we only need to propagate it to kernelmode
1028          * address spaces, but the extra bookkeeping we would need is not
1029          * worth it.
1030          */
1031         this_cpu_write(cpu_tlbstate.invalidate_other, true);
1032 }
1033
1034 /*
1035  * Flush one page in the user mapping
1036  */
1037 STATIC_NOPV void native_flush_tlb_one_user(unsigned long addr)
1038 {
1039         u32 loaded_mm_asid = this_cpu_read(cpu_tlbstate.loaded_mm_asid);
1040
1041         asm volatile("invlpg (%0)" ::"r" (addr) : "memory");
1042
1043         if (!static_cpu_has(X86_FEATURE_PTI))
1044                 return;
1045
1046         /*
1047          * Some platforms #GP if we call invpcid(type=1/2) before CR4.PCIDE=1.
1048          * Just use invalidate_user_asid() in case we are called early.
1049          */
1050         if (!this_cpu_has(X86_FEATURE_INVPCID_SINGLE))
1051                 invalidate_user_asid(loaded_mm_asid);
1052         else
1053                 invpcid_flush_one(user_pcid(loaded_mm_asid), addr);
1054 }
1055
1056 void flush_tlb_one_user(unsigned long addr)
1057 {
1058         __flush_tlb_one_user(addr);
1059 }
1060
1061 /*
1062  * Flush everything
1063  */
1064 STATIC_NOPV void native_flush_tlb_global(void)
1065 {
1066         unsigned long cr4, flags;
1067
1068         if (static_cpu_has(X86_FEATURE_INVPCID)) {
1069                 /*
1070                  * Using INVPCID is considerably faster than a pair of writes
1071                  * to CR4 sandwiched inside an IRQ flag save/restore.
1072                  *
1073                  * Note, this works with CR4.PCIDE=0 or 1.
1074                  */
1075                 invpcid_flush_all();
1076                 return;
1077         }
1078
1079         /*
1080          * Read-modify-write to CR4 - protect it from preemption and
1081          * from interrupts. (Use the raw variant because this code can
1082          * be called from deep inside debugging code.)
1083          */
1084         raw_local_irq_save(flags);
1085
1086         cr4 = this_cpu_read(cpu_tlbstate.cr4);
1087         /* toggle PGE */
1088         native_write_cr4(cr4 ^ X86_CR4_PGE);
1089         /* write old PGE again and flush TLBs */
1090         native_write_cr4(cr4);
1091
1092         raw_local_irq_restore(flags);
1093 }
1094
1095 /*
1096  * Flush the entire current user mapping
1097  */
1098 STATIC_NOPV void native_flush_tlb_local(void)
1099 {
1100         /*
1101          * Preemption or interrupts must be disabled to protect the access
1102          * to the per CPU variable and to prevent being preempted between
1103          * read_cr3() and write_cr3().
1104          */
1105         WARN_ON_ONCE(preemptible());
1106
1107         invalidate_user_asid(this_cpu_read(cpu_tlbstate.loaded_mm_asid));
1108
1109         /* If current->mm == NULL then the read_cr3() "borrows" an mm */
1110         native_write_cr3(__native_read_cr3());
1111 }
1112
1113 void flush_tlb_local(void)
1114 {
1115         __flush_tlb_local();
1116 }
1117
1118 /*
1119  * Flush everything
1120  */
1121 void __flush_tlb_all(void)
1122 {
1123         /*
1124          * This is to catch users with enabled preemption and the PGE feature
1125          * and don't trigger the warning in __native_flush_tlb().
1126          */
1127         VM_WARN_ON_ONCE(preemptible());
1128
1129         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
1130                 __flush_tlb_global();
1131         } else {
1132                 /*
1133                  * !PGE -> !PCID (setup_pcid()), thus every flush is total.
1134                  */
1135                 flush_tlb_local();
1136         }
1137 }
1138 EXPORT_SYMBOL_GPL(__flush_tlb_all);
1139
1140 /*
1141  * arch_tlbbatch_flush() performs a full TLB flush regardless of the active mm.
1142  * This means that the 'struct flush_tlb_info' that describes which mappings to
1143  * flush is actually fixed. We therefore set a single fixed struct and use it in
1144  * arch_tlbbatch_flush().
1145  */
1146 static const struct flush_tlb_info full_flush_tlb_info = {
1147         .mm = NULL,
1148         .start = 0,
1149         .end = TLB_FLUSH_ALL,
1150 };
1151
1152 void arch_tlbbatch_flush(struct arch_tlbflush_unmap_batch *batch)
1153 {
1154         int cpu = get_cpu();
1155
1156         if (cpumask_test_cpu(cpu, &batch->cpumask)) {
1157                 lockdep_assert_irqs_enabled();
1158                 local_irq_disable();
1159                 flush_tlb_func_local(&full_flush_tlb_info, TLB_LOCAL_SHOOTDOWN);
1160                 local_irq_enable();
1161         }
1162
1163         if (cpumask_any_but(&batch->cpumask, cpu) < nr_cpu_ids)
1164                 flush_tlb_others(&batch->cpumask, &full_flush_tlb_info);
1165
1166         cpumask_clear(&batch->cpumask);
1167
1168         put_cpu();
1169 }
1170
1171 /*
1172  * Blindly accessing user memory from NMI context can be dangerous
1173  * if we're in the middle of switching the current user task or
1174  * switching the loaded mm.  It can also be dangerous if we
1175  * interrupted some kernel code that was temporarily using a
1176  * different mm.
1177  */
1178 bool nmi_uaccess_okay(void)
1179 {
1180         struct mm_struct *loaded_mm = this_cpu_read(cpu_tlbstate.loaded_mm);
1181         struct mm_struct *current_mm = current->mm;
1182
1183         VM_WARN_ON_ONCE(!loaded_mm);
1184
1185         /*
1186          * The condition we want to check is
1187          * current_mm->pgd == __va(read_cr3_pa()).  This may be slow, though,
1188          * if we're running in a VM with shadow paging, and nmi_uaccess_okay()
1189          * is supposed to be reasonably fast.
1190          *
1191          * Instead, we check the almost equivalent but somewhat conservative
1192          * condition below, and we rely on the fact that switch_mm_irqs_off()
1193          * sets loaded_mm to LOADED_MM_SWITCHING before writing to CR3.
1194          */
1195         if (loaded_mm != current_mm)
1196                 return false;
1197
1198         VM_WARN_ON_ONCE(current_mm->pgd != __va(read_cr3_pa()));
1199
1200         return true;
1201 }
1202
1203 static ssize_t tlbflush_read_file(struct file *file, char __user *user_buf,
1204                              size_t count, loff_t *ppos)
1205 {
1206         char buf[32];
1207         unsigned int len;
1208
1209         len = sprintf(buf, "%ld\n", tlb_single_page_flush_ceiling);
1210         return simple_read_from_buffer(user_buf, count, ppos, buf, len);
1211 }
1212
1213 static ssize_t tlbflush_write_file(struct file *file,
1214                  const char __user *user_buf, size_t count, loff_t *ppos)
1215 {
1216         char buf[32];
1217         ssize_t len;
1218         int ceiling;
1219
1220         len = min(count, sizeof(buf) - 1);
1221         if (copy_from_user(buf, user_buf, len))
1222                 return -EFAULT;
1223
1224         buf[len] = '\0';
1225         if (kstrtoint(buf, 0, &ceiling))
1226                 return -EINVAL;
1227
1228         if (ceiling < 0)
1229                 return -EINVAL;
1230
1231         tlb_single_page_flush_ceiling = ceiling;
1232         return count;
1233 }
1234
1235 static const struct file_operations fops_tlbflush = {
1236         .read = tlbflush_read_file,
1237         .write = tlbflush_write_file,
1238         .llseek = default_llseek,
1239 };
1240
1241 static int __init create_tlb_single_page_flush_ceiling(void)
1242 {
1243         debugfs_create_file("tlb_single_page_flush_ceiling", S_IRUSR | S_IWUSR,
1244                             arch_debugfs_dir, NULL, &fops_tlbflush);
1245         return 0;
1246 }
1247 late_initcall(create_tlb_single_page_flush_ceiling);
This page took 0.094257 seconds and 4 git commands to generate.