arch/powerpc/mm/pgtable.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
   2 /*
   3  * This file contains common routines for dealing with free of page tables
   4  * Along with common page table handling code
   5  *
   6  *  Derived from arch/powerpc/mm/tlb_64.c:
   7  *    Copyright (C) 1995-1996 Gary Thomas ([email protected])
   8  *
   9  *  Modifications by Paul Mackerras (PowerMac) ([email protected])
  10  *  and Cort Dougan (PReP) ([email protected])
  11  *    Copyright (C) 1996 Paul Mackerras
  12  *
  13  *  Derived from "arch/i386/mm/init.c"
  14  *    Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
  15  *
  16  *  Dave Engebretsen <[email protected]>
  17  *      Rework for PPC64 port.
  18  */
  19
  20 #include <linux/kernel.h>
  21 #include <linux/gfp.h>
  22 #include <linux/mm.h>
  23 #include <linux/percpu.h>
  24 #include <linux/hardirq.h>
  25 #include <linux/hugetlb.h>
  26 #include <asm/tlbflush.h>
  27 #include <asm/tlb.h>
  28 #include <asm/hugetlb.h>
  29 #include <asm/pte-walk.h>
  30
  31 #ifdef CONFIG_PPC64
  32 #define PGD_ALIGN (sizeof(pgd_t) * MAX_PTRS_PER_PGD)
  33 #else
  34 #define PGD_ALIGN PAGE_SIZE
  35 #endif
  36
  37 pgd_t swapper_pg_dir[MAX_PTRS_PER_PGD] __section(".bss..page_aligned") __aligned(PGD_ALIGN);
  38
  39 static inline int is_exec_fault(void)
  40 {
  41         return current->thread.regs && TRAP(current->thread.regs) == 0x400;
  42 }
  43
  44 /* We only try to do i/d cache coherency on stuff that looks like
  45  * reasonably "normal" PTEs. We currently require a PTE to be present
  46  * and we avoid _PAGE_SPECIAL and cache inhibited pte. We also only do that
  47  * on userspace PTEs
  48  */
  49 static inline int pte_looks_normal(pte_t pte)
  50 {
  51
  52         if (pte_present(pte) && !pte_special(pte)) {
  53                 if (pte_ci(pte))
  54                         return 0;
  55                 if (pte_user(pte))
  56                         return 1;
  57         }
  58         return 0;
  59 }
  60
  61 static struct folio *maybe_pte_to_folio(pte_t pte)
  62 {
  63         unsigned long pfn = pte_pfn(pte);
  64         struct page *page;
  65
  66         if (unlikely(!pfn_valid(pfn)))
  67                 return NULL;
  68         page = pfn_to_page(pfn);
  69         if (PageReserved(page))
  70                 return NULL;
  71         return page_folio(page);
  72 }
  73
  74 #ifdef CONFIG_PPC_BOOK3S
  75
  76 /* Server-style MMU handles coherency when hashing if HW exec permission
  77  * is supposed per page (currently 64-bit only). If not, then, we always
  78  * flush the cache for valid PTEs in set_pte. Embedded CPU without HW exec
  79  * support falls into the same category.
  80  */
  81
  82 static pte_t set_pte_filter_hash(pte_t pte)
  83 {
  84         pte = __pte(pte_val(pte) & ~_PAGE_HPTEFLAGS);
  85         if (pte_looks_normal(pte) && !(cpu_has_feature(CPU_FTR_COHERENT_ICACHE) ||
  86                                        cpu_has_feature(CPU_FTR_NOEXECUTE))) {
  87                 struct folio *folio = maybe_pte_to_folio(pte);
  88                 if (!folio)
  89                         return pte;
  90                 if (!test_bit(PG_dcache_clean, &folio->flags)) {
  91                         flush_dcache_icache_folio(folio);
  92                         set_bit(PG_dcache_clean, &folio->flags);
  93                 }
  94         }
  95         return pte;
  96 }
  97
  98 #else /* CONFIG_PPC_BOOK3S */
  99
 100 static pte_t set_pte_filter_hash(pte_t pte) { return pte; }
 101
 102 #endif /* CONFIG_PPC_BOOK3S */
 103
 104 /* Embedded type MMU with HW exec support. This is a bit more complicated
 105  * as we don't have two bits to spare for _PAGE_EXEC and _PAGE_HWEXEC so
 106  * instead we "filter out" the exec permission for non clean pages.
 107  */
 108 static inline pte_t set_pte_filter(pte_t pte)
 109 {
 110         struct folio *folio;
 111
 112         if (radix_enabled())
 113                 return pte;
 114
 115         if (mmu_has_feature(MMU_FTR_HPTE_TABLE))
 116                 return set_pte_filter_hash(pte);
 117
 118         /* No exec permission in the first place, move on */
 119         if (!pte_exec(pte) || !pte_looks_normal(pte))
 120                 return pte;
 121
 122         /* If you set _PAGE_EXEC on weird pages you're on your own */
 123         folio = maybe_pte_to_folio(pte);
 124         if (unlikely(!folio))
 125                 return pte;
 126
 127         /* If the page clean, we move on */
 128         if (test_bit(PG_dcache_clean, &folio->flags))
 129                 return pte;
 130
 131         /* If it's an exec fault, we flush the cache and make it clean */
 132         if (is_exec_fault()) {
 133                 flush_dcache_icache_folio(folio);
 134                 set_bit(PG_dcache_clean, &folio->flags);
 135                 return pte;
 136         }
 137
 138         /* Else, we filter out _PAGE_EXEC */
 139         return pte_exprotect(pte);
 140 }
 141
 142 static pte_t set_access_flags_filter(pte_t pte, struct vm_area_struct *vma,
 143                                      int dirty)
 144 {
 145         struct folio *folio;
 146
 147         if (IS_ENABLED(CONFIG_PPC_BOOK3S_64))
 148                 return pte;
 149
 150         if (mmu_has_feature(MMU_FTR_HPTE_TABLE))
 151                 return pte;
 152
 153         /* So here, we only care about exec faults, as we use them
 154          * to recover lost _PAGE_EXEC and perform I$/D$ coherency
 155          * if necessary. Also if _PAGE_EXEC is already set, same deal,
 156          * we just bail out
 157          */
 158         if (dirty || pte_exec(pte) || !is_exec_fault())
 159                 return pte;
 160
 161 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
 162         /* So this is an exec fault, _PAGE_EXEC is not set. If it was
 163          * an error we would have bailed out earlier in do_page_fault()
 164          * but let's make sure of it
 165          */
 166         if (WARN_ON(!(vma->vm_flags & VM_EXEC)))
 167                 return pte;
 168 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
 169
 170         /* If you set _PAGE_EXEC on weird pages you're on your own */
 171         folio = maybe_pte_to_folio(pte);
 172         if (unlikely(!folio))
 173                 goto bail;
 174
 175         /* If the page is already clean, we move on */
 176         if (test_bit(PG_dcache_clean, &folio->flags))
 177                 goto bail;
 178
 179         /* Clean the page and set PG_dcache_clean */
 180         flush_dcache_icache_folio(folio);
 181         set_bit(PG_dcache_clean, &folio->flags);
 182
 183  bail:
 184         return pte_mkexec(pte);
 185 }
 186
 187 /*
 188  * set_pte stores a linux PTE into the linux page table.
 189  */
 190 void set_ptes(struct mm_struct *mm, unsigned long addr, pte_t *ptep,
 191                 pte_t pte, unsigned int nr)
 192 {
 193         /*
 194          * Make sure hardware valid bit is not set. We don't do
 195          * tlb flush for this update.
 196          */
 197         VM_WARN_ON(pte_hw_valid(*ptep) && !pte_protnone(*ptep));
 198
 199         /* Note: mm->context.id might not yet have been assigned as
 200          * this context might not have been activated yet when this
 201          * is called.
 202          */
 203         pte = set_pte_filter(pte);
 204
 205         /* Perform the setting of the PTE */
 206         arch_enter_lazy_mmu_mode();
 207         for (;;) {
 208                 __set_pte_at(mm, addr, ptep, pte, 0);
 209                 if (--nr == 0)
 210                         break;
 211                 ptep++;
 212                 pte = __pte(pte_val(pte) + (1UL << PTE_RPN_SHIFT));
 213                 addr += PAGE_SIZE;
 214         }
 215         arch_leave_lazy_mmu_mode();
 216 }
 217
 218 void unmap_kernel_page(unsigned long va)
 219 {
 220         pmd_t *pmdp = pmd_off_k(va);
 221         pte_t *ptep = pte_offset_kernel(pmdp, va);
 222
 223         pte_clear(&init_mm, va, ptep);
 224         flush_tlb_kernel_range(va, va + PAGE_SIZE);
 225 }
 226
 227 /*
 228  * This is called when relaxing access to a PTE. It's also called in the page
 229  * fault path when we don't hit any of the major fault cases, ie, a minor
 230  * update of _PAGE_ACCESSED, _PAGE_DIRTY, etc... The generic code will have
 231  * handled those two for us, we additionally deal with missing execute
 232  * permission here on some processors
 233  */
 234 int ptep_set_access_flags(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
 235                           pte_t *ptep, pte_t entry, int dirty)
 236 {
 237         int changed;
 238         entry = set_access_flags_filter(entry, vma, dirty);
 239         changed = !pte_same(*(ptep), entry);
 240         if (changed) {
 241                 assert_pte_locked(vma->vm_mm, address);
 242                 __ptep_set_access_flags(vma, ptep, entry,
 243                                         address, mmu_virtual_psize);
 244         }
 245         return changed;
 246 }
 247
 248 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
 249 int huge_ptep_set_access_flags(struct vm_area_struct *vma,
 250                                unsigned long addr, pte_t *ptep,
 251                                pte_t pte, int dirty)
 252 {
 253 #ifdef HUGETLB_NEED_PRELOAD
 254         /*
 255          * The "return 1" forces a call of update_mmu_cache, which will write a
 256          * TLB entry.  Without this, platforms that don't do a write of the TLB
 257          * entry in the TLB miss handler asm will fault ad infinitum.
 258          */
 259         ptep_set_access_flags(vma, addr, ptep, pte, dirty);
 260         return 1;
 261 #else
 262         int changed, psize;
 263
 264         pte = set_access_flags_filter(pte, vma, dirty);
 265         changed = !pte_same(*(ptep), pte);
 266         if (changed) {
 267
 268 #ifdef CONFIG_PPC_BOOK3S_64
 269                 struct hstate *h = hstate_vma(vma);
 270
 271                 psize = hstate_get_psize(h);
 272 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
 273                 assert_spin_locked(huge_pte_lockptr(h, vma->vm_mm, ptep));
 274 #endif
 275
 276 #else
 277                 /*
 278                  * Not used on non book3s64 platforms.
 279                  * 8xx compares it with mmu_virtual_psize to
 280                  * know if it is a huge page or not.
 281                  */
 282                 psize = MMU_PAGE_COUNT;
 283 #endif
 284                 __ptep_set_access_flags(vma, ptep, pte, addr, psize);
 285         }
 286         return changed;
 287 #endif
 288 }
 289
 290 #if defined(CONFIG_PPC_8xx)
 291 void set_huge_pte_at(struct mm_struct *mm, unsigned long addr, pte_t *ptep,
 292                      pte_t pte, unsigned long sz)
 293 {
 294         pmd_t *pmd = pmd_off(mm, addr);
 295         pte_basic_t val;
 296         pte_basic_t *entry = (pte_basic_t *)ptep;
 297         int num, i;
 298
 299         /*
 300          * Make sure hardware valid bit is not set. We don't do
 301          * tlb flush for this update.
 302          */
 303         VM_WARN_ON(pte_hw_valid(*ptep) && !pte_protnone(*ptep));
 304
 305         pte = set_pte_filter(pte);
 306
 307         val = pte_val(pte);
 308
 309         num = number_of_cells_per_pte(pmd, val, 1);
 310
 311         for (i = 0; i < num; i++, entry++, val += SZ_4K)
 312                 *entry = val;
 313 }
 314 #endif
 315 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE */
 316
 317 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
 318 void assert_pte_locked(struct mm_struct *mm, unsigned long addr)
 319 {
 320         pgd_t *pgd;
 321         p4d_t *p4d;
 322         pud_t *pud;
 323         pmd_t *pmd;
 324         pte_t *pte;
 325         spinlock_t *ptl;
 326
 327         if (mm == &init_mm)
 328                 return;
 329         pgd = mm->pgd + pgd_index(addr);
 330         BUG_ON(pgd_none(*pgd));
 331         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
 332         BUG_ON(p4d_none(*p4d));
 333         pud = pud_offset(p4d, addr);
 334         BUG_ON(pud_none(*pud));
 335         pmd = pmd_offset(pud, addr);
 336         /*
 337          * khugepaged to collapse normal pages to hugepage, first set
 338          * pmd to none to force page fault/gup to take mmap_lock. After
 339          * pmd is set to none, we do a pte_clear which does this assertion
 340          * so if we find pmd none, return.
 341          */
 342         if (pmd_none(*pmd))
 343                 return;
 344         pte = pte_offset_map_nolock(mm, pmd, addr, &ptl);
 345         BUG_ON(!pte);
 346         assert_spin_locked(ptl);
 347         pte_unmap(pte);
 348 }
 349 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
 350
 351 unsigned long vmalloc_to_phys(void *va)
 352 {
 353         unsigned long pfn = vmalloc_to_pfn(va);
 354
 355         BUG_ON(!pfn);
 356         return __pa(pfn_to_kaddr(pfn)) + offset_in_page(va);
 357 }
 358 EXPORT_SYMBOL_GPL(vmalloc_to_phys);
 359
 360 /*
 361  * We have 4 cases for pgds and pmds:
 362  * (1) invalid (all zeroes)
 363  * (2) pointer to next table, as normal; bottom 6 bits == 0
 364  * (3) leaf pte for huge page _PAGE_PTE set
 365  * (4) hugepd pointer, _PAGE_PTE = 0 and bits [2..6] indicate size of table
 366  *
 367  * So long as we atomically load page table pointers we are safe against teardown,
 368  * we can follow the address down to the page and take a ref on it.
 369  * This function need to be called with interrupts disabled. We use this variant
 370  * when we have MSR[EE] = 0 but the paca->irq_soft_mask = IRQS_ENABLED
 371  */
 372 pte_t *__find_linux_pte(pgd_t *pgdir, unsigned long ea,
 373                         bool *is_thp, unsigned *hpage_shift)
 374 {
 375         pgd_t *pgdp;
 376         p4d_t p4d, *p4dp;
 377         pud_t pud, *pudp;
 378         pmd_t pmd, *pmdp;
 379         pte_t *ret_pte;
 380         hugepd_t *hpdp = NULL;
 381         unsigned pdshift;
 382
 383         if (hpage_shift)
 384                 *hpage_shift = 0;
 385
 386         if (is_thp)
 387                 *is_thp = false;
 388
 389         /*
 390          * Always operate on the local stack value. This make sure the
 391          * value don't get updated by a parallel THP split/collapse,
 392          * page fault or a page unmap. The return pte_t * is still not
 393          * stable. So should be checked there for above conditions.
 394          * Top level is an exception because it is folded into p4d.
 395          */
 396         pgdp = pgdir + pgd_index(ea);
 397         p4dp = p4d_offset(pgdp, ea);
 398         p4d  = READ_ONCE(*p4dp);
 399         pdshift = P4D_SHIFT;
 400
 401         if (p4d_none(p4d))
 402                 return NULL;
 403
 404         if (p4d_is_leaf(p4d)) {
 405                 ret_pte = (pte_t *)p4dp;
 406                 goto out;
 407         }
 408
 409         if (is_hugepd(__hugepd(p4d_val(p4d)))) {
 410                 hpdp = (hugepd_t *)&p4d;
 411                 goto out_huge;
 412         }
 413
 414         /*
 415          * Even if we end up with an unmap, the pgtable will not
 416          * be freed, because we do an rcu free and here we are
 417          * irq disabled
 418          */
 419         pdshift = PUD_SHIFT;
 420         pudp = pud_offset(&p4d, ea);
 421         pud  = READ_ONCE(*pudp);
 422
 423         if (pud_none(pud))
 424                 return NULL;
 425
 426         if (pud_is_leaf(pud)) {
 427                 ret_pte = (pte_t *)pudp;
 428                 goto out;
 429         }
 430
 431         if (is_hugepd(__hugepd(pud_val(pud)))) {
 432                 hpdp = (hugepd_t *)&pud;
 433                 goto out_huge;
 434         }
 435
 436         pdshift = PMD_SHIFT;
 437         pmdp = pmd_offset(&pud, ea);
 438         pmd  = READ_ONCE(*pmdp);
 439
 440         /*
 441          * A hugepage collapse is captured by this condition, see
 442          * pmdp_collapse_flush.
 443          */
 444         if (pmd_none(pmd))
 445                 return NULL;
 446
 447 #ifdef CONFIG_PPC_BOOK3S_64
 448         /*
 449          * A hugepage split is captured by this condition, see
 450          * pmdp_invalidate.
 451          *
 452          * Huge page modification can be caught here too.
 453          */
 454         if (pmd_is_serializing(pmd))
 455                 return NULL;
 456 #endif
 457
 458         if (pmd_trans_huge(pmd) || pmd_devmap(pmd)) {
 459                 if (is_thp)
 460                         *is_thp = true;
 461                 ret_pte = (pte_t *)pmdp;
 462                 goto out;
 463         }
 464
 465         if (pmd_is_leaf(pmd)) {
 466                 ret_pte = (pte_t *)pmdp;
 467                 goto out;
 468         }
 469
 470         if (is_hugepd(__hugepd(pmd_val(pmd)))) {
 471                 hpdp = (hugepd_t *)&pmd;
 472                 goto out_huge;
 473         }
 474
 475         return pte_offset_kernel(&pmd, ea);
 476
 477 out_huge:
 478         if (!hpdp)
 479                 return NULL;
 480
 481         ret_pte = hugepte_offset(*hpdp, ea, pdshift);
 482         pdshift = hugepd_shift(*hpdp);
 483 out:
 484         if (hpage_shift)
 485                 *hpage_shift = pdshift;
 486         return ret_pte;
 487 }
 488 EXPORT_SYMBOL_GPL(__find_linux_pte);
 489
 490 /* Note due to the way vm flags are laid out, the bits are XWR */
 491 const pgprot_t protection_map[16] = {
 492         [VM_NONE]                                       = PAGE_NONE,
 493         [VM_READ]                                       = PAGE_READONLY,
 494         [VM_WRITE]                                      = PAGE_COPY,
 495         [VM_WRITE | VM_READ]                            = PAGE_COPY,
 496         [VM_EXEC]                                       = PAGE_READONLY_X,
 497         [VM_EXEC | VM_READ]                             = PAGE_READONLY_X,
 498         [VM_EXEC | VM_WRITE]                            = PAGE_COPY_X,
 499         [VM_EXEC | VM_WRITE | VM_READ]                  = PAGE_COPY_X,
 500         [VM_SHARED]                                     = PAGE_NONE,
 501         [VM_SHARED | VM_READ]                           = PAGE_READONLY,
 502         [VM_SHARED | VM_WRITE]                          = PAGE_SHARED,
 503         [VM_SHARED | VM_WRITE | VM_READ]                = PAGE_SHARED,
 504         [VM_SHARED | VM_EXEC]                           = PAGE_READONLY_X,
 505         [VM_SHARED | VM_EXEC | VM_READ]                 = PAGE_READONLY_X,
 506         [VM_SHARED | VM_EXEC | VM_WRITE]                = PAGE_SHARED_X,
 507         [VM_SHARED | VM_EXEC | VM_WRITE | VM_READ]      = PAGE_SHARED_X
 508 };
 509
 510 #ifndef CONFIG_PPC_BOOK3S_64
 511 DECLARE_VM_GET_PAGE_PROT
 512 #endif