arch/x86/mm/pat.c

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