arch/arm/kvm/mmu.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2012 - Virtual Open Systems and Columbia University
   3  * Author: Christoffer Dall <c.dall@virtualopensystems.com>
   4  *
   5  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   6  * it under the terms of the GNU General Public License, version 2, as
   7  * published by the Free Software Foundation.
   8  *
   9  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  10  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  12  * GNU General Public License for more details.
  13  *
  14  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  15  * along with this program; if not, write to the Free Software
  16  * Foundation, 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA.
  17  */
  18
  19 #include <linux/mman.h>
  20 #include <linux/kvm_host.h>
  21 #include <linux/io.h>
  22 #include <linux/hugetlb.h>
  23 #include <trace/events/kvm.h>
  24 #include <asm/pgalloc.h>
  25 #include <asm/cacheflush.h>
  26 #include <asm/kvm_arm.h>
  27 #include <asm/kvm_mmu.h>
  28 #include <asm/kvm_mmio.h>
  29 #include <asm/kvm_asm.h>
  30 #include <asm/kvm_emulate.h>
  31
  32 #include "trace.h"
  33
  34 extern char  __hyp_idmap_text_start[], __hyp_idmap_text_end[];
  35
  36 static pgd_t *boot_hyp_pgd;
  37 static pgd_t *hyp_pgd;
  38 static DEFINE_MUTEX(kvm_hyp_pgd_mutex);
  39
  40 static void *init_bounce_page;
  41 static unsigned long hyp_idmap_start;
  42 static unsigned long hyp_idmap_end;
  43 static phys_addr_t hyp_idmap_vector;
  44
  45 #define kvm_pmd_huge(_x)        (pmd_huge(_x) || pmd_trans_huge(_x))
  46
  47 static void kvm_tlb_flush_vmid_ipa(struct kvm *kvm, phys_addr_t ipa)
  48 {
  49         /*
  50          * This function also gets called when dealing with HYP page
  51          * tables. As HYP doesn't have an associated struct kvm (and
  52          * the HYP page tables are fairly static), we don't do
  53          * anything there.
  54          */
  55         if (kvm)
  56                 kvm_call_hyp(__kvm_tlb_flush_vmid_ipa, kvm, ipa);
  57 }
  58
  59 static int mmu_topup_memory_cache(struct kvm_mmu_memory_cache *cache,
  60                                   int min, int max)
  61 {
  62         void *page;
  63
  64         BUG_ON(max > KVM_NR_MEM_OBJS);
  65         if (cache->nobjs >= min)
  66                 return 0;
  67         while (cache->nobjs < max) {
  68                 page = (void *)__get_free_page(PGALLOC_GFP);
  69                 if (!page)
  70                         return -ENOMEM;
  71                 cache->objects[cache->nobjs++] = page;
  72         }
  73         return 0;
  74 }
  75
  76 static void mmu_free_memory_cache(struct kvm_mmu_memory_cache *mc)
  77 {
  78         while (mc->nobjs)
  79                 free_page((unsigned long)mc->objects[--mc->nobjs]);
  80 }
  81
  82 static void *mmu_memory_cache_alloc(struct kvm_mmu_memory_cache *mc)
  83 {
  84         void *p;
  85
  86         BUG_ON(!mc || !mc->nobjs);
  87         p = mc->objects[--mc->nobjs];
  88         return p;
  89 }
  90
  91 static bool page_empty(void *ptr)
  92 {
  93         struct page *ptr_page = virt_to_page(ptr);
  94         return page_count(ptr_page) == 1;
  95 }
  96
  97 static void clear_pud_entry(struct kvm *kvm, pud_t *pud, phys_addr_t addr)
  98 {
  99         if (pud_huge(*pud)) {
 100                 pud_clear(pud);
 101                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
 102         } else {
 103                 pmd_t *pmd_table = pmd_offset(pud, 0);
 104                 pud_clear(pud);
 105                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
 106                 pmd_free(NULL, pmd_table);
 107         }
 108         put_page(virt_to_page(pud));
 109 }
 110
 111 static void clear_pmd_entry(struct kvm *kvm, pmd_t *pmd, phys_addr_t addr)
 112 {
 113         if (kvm_pmd_huge(*pmd)) {
 114                 pmd_clear(pmd);
 115                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
 116         } else {
 117                 pte_t *pte_table = pte_offset_kernel(pmd, 0);
 118                 pmd_clear(pmd);
 119                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
 120                 pte_free_kernel(NULL, pte_table);
 121         }
 122         put_page(virt_to_page(pmd));
 123 }
 124
 125 static void clear_pte_entry(struct kvm *kvm, pte_t *pte, phys_addr_t addr)
 126 {
 127         if (pte_present(*pte)) {
 128                 kvm_set_pte(pte, __pte(0));
 129                 put_page(virt_to_page(pte));
 130                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
 131         }
 132 }
 133
 134 static void unmap_range(struct kvm *kvm, pgd_t *pgdp,
 135                         unsigned long long start, u64 size)
 136 {
 137         pgd_t *pgd;
 138         pud_t *pud;
 139         pmd_t *pmd;
 140         pte_t *pte;
 141         unsigned long long addr = start, end = start + size;
 142         u64 next;
 143
 144         while (addr < end) {
 145                 pgd = pgdp + pgd_index(addr);
 146                 pud = pud_offset(pgd, addr);
 147                 pte = NULL;
 148                 if (pud_none(*pud)) {
 149                         addr = kvm_pud_addr_end(addr, end);
 150                         continue;
 151                 }
 152
 153                 if (pud_huge(*pud)) {
 154                         /*
 155                          * If we are dealing with a huge pud, just clear it and
 156                          * move on.
 157                          */
 158                         clear_pud_entry(kvm, pud, addr);
 159                         addr = kvm_pud_addr_end(addr, end);
 160                         continue;
 161                 }
 162
 163                 pmd = pmd_offset(pud, addr);
 164                 if (pmd_none(*pmd)) {
 165                         addr = kvm_pmd_addr_end(addr, end);
 166                         continue;
 167                 }
 168
 169                 if (!kvm_pmd_huge(*pmd)) {
 170                         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 171                         clear_pte_entry(kvm, pte, addr);
 172                         next = addr + PAGE_SIZE;
 173                 }
 174
 175                 /*
 176                  * If the pmd entry is to be cleared, walk back up the ladder
 177                  */
 178                 if (kvm_pmd_huge(*pmd) || (pte && page_empty(pte))) {
 179                         clear_pmd_entry(kvm, pmd, addr);
 180                         next = kvm_pmd_addr_end(addr, end);
 181                         if (page_empty(pmd) && !page_empty(pud)) {
 182                                 clear_pud_entry(kvm, pud, addr);
 183                                 next = kvm_pud_addr_end(addr, end);
 184                         }
 185                 }
 186
 187                 addr = next;
 188         }
 189 }
 190
 191 static void stage2_flush_ptes(struct kvm *kvm, pmd_t *pmd,
 192                               phys_addr_t addr, phys_addr_t end)
 193 {
 194         pte_t *pte;
 195
 196         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 197         do {
 198                 if (!pte_none(*pte)) {
 199                         hva_t hva = gfn_to_hva(kvm, addr >> PAGE_SHIFT);
 200                         kvm_flush_dcache_to_poc((void*)hva, PAGE_SIZE);
 201                 }
 202         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 203 }
 204
 205 static void stage2_flush_pmds(struct kvm *kvm, pud_t *pud,
 206                               phys_addr_t addr, phys_addr_t end)
 207 {
 208         pmd_t *pmd;
 209         phys_addr_t next;
 210
 211         pmd = pmd_offset(pud, addr);
 212         do {
 213                 next = kvm_pmd_addr_end(addr, end);
 214                 if (!pmd_none(*pmd)) {
 215                         if (kvm_pmd_huge(*pmd)) {
 216                                 hva_t hva = gfn_to_hva(kvm, addr >> PAGE_SHIFT);
 217                                 kvm_flush_dcache_to_poc((void*)hva, PMD_SIZE);
 218                         } else {
 219                                 stage2_flush_ptes(kvm, pmd, addr, next);
 220                         }
 221                 }
 222         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
 223 }
 224
 225 static void stage2_flush_puds(struct kvm *kvm, pgd_t *pgd,
 226                               phys_addr_t addr, phys_addr_t end)
 227 {
 228         pud_t *pud;
 229         phys_addr_t next;
 230
 231         pud = pud_offset(pgd, addr);
 232         do {
 233                 next = kvm_pud_addr_end(addr, end);
 234                 if (!pud_none(*pud)) {
 235                         if (pud_huge(*pud)) {
 236                                 hva_t hva = gfn_to_hva(kvm, addr >> PAGE_SHIFT);
 237                                 kvm_flush_dcache_to_poc((void*)hva, PUD_SIZE);
 238                         } else {
 239                                 stage2_flush_pmds(kvm, pud, addr, next);
 240                         }
 241                 }
 242         } while (pud++, addr = next, addr != end);
 243 }
 244
 245 static void stage2_flush_memslot(struct kvm *kvm,
 246                                  struct kvm_memory_slot *memslot)
 247 {
 248         phys_addr_t addr = memslot->base_gfn << PAGE_SHIFT;
 249         phys_addr_t end = addr + PAGE_SIZE * memslot->npages;
 250         phys_addr_t next;
 251         pgd_t *pgd;
 252
 253         pgd = kvm->arch.pgd + pgd_index(addr);
 254         do {
 255                 next = kvm_pgd_addr_end(addr, end);
 256                 stage2_flush_puds(kvm, pgd, addr, next);
 257         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
 258 }
 259
 260 /**
 261  * stage2_flush_vm - Invalidate cache for pages mapped in stage 2
 262  * @kvm: The struct kvm pointer
 263  *
 264  * Go through the stage 2 page tables and invalidate any cache lines
 265  * backing memory already mapped to the VM.
 266  */
 267 void stage2_flush_vm(struct kvm *kvm)
 268 {
 269         struct kvm_memslots *slots;
 270         struct kvm_memory_slot *memslot;
 271         int idx;
 272
 273         idx = srcu_read_lock(&kvm->srcu);
 274         spin_lock(&kvm->mmu_lock);
 275
 276         slots = kvm_memslots(kvm);
 277         kvm_for_each_memslot(memslot, slots)
 278                 stage2_flush_memslot(kvm, memslot);
 279
 280         spin_unlock(&kvm->mmu_lock);
 281         srcu_read_unlock(&kvm->srcu, idx);
 282 }
 283
 284 /**
 285  * free_boot_hyp_pgd - free HYP boot page tables
 286  *
 287  * Free the HYP boot page tables. The bounce page is also freed.
 288  */
 289 void free_boot_hyp_pgd(void)
 290 {
 291         mutex_lock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
 292
 293         if (boot_hyp_pgd) {
 294                 unmap_range(NULL, boot_hyp_pgd, hyp_idmap_start, PAGE_SIZE);
 295                 unmap_range(NULL, boot_hyp_pgd, TRAMPOLINE_VA, PAGE_SIZE);
 296                 kfree(boot_hyp_pgd);
 297                 boot_hyp_pgd = NULL;
 298         }
 299
 300         if (hyp_pgd)
 301                 unmap_range(NULL, hyp_pgd, TRAMPOLINE_VA, PAGE_SIZE);
 302
 303         kfree(init_bounce_page);
 304         init_bounce_page = NULL;
 305
 306         mutex_unlock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
 307 }
 308
 309 /**
 310  * free_hyp_pgds - free Hyp-mode page tables
 311  *
 312  * Assumes hyp_pgd is a page table used strictly in Hyp-mode and
 313  * therefore contains either mappings in the kernel memory area (above
 314  * PAGE_OFFSET), or device mappings in the vmalloc range (from
 315  * VMALLOC_START to VMALLOC_END).
 316  *
 317  * boot_hyp_pgd should only map two pages for the init code.
 318  */
 319 void free_hyp_pgds(void)
 320 {
 321         unsigned long addr;
 322
 323         free_boot_hyp_pgd();
 324
 325         mutex_lock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
 326
 327         if (hyp_pgd) {
 328                 for (addr = PAGE_OFFSET; virt_addr_valid(addr); addr += PGDIR_SIZE)
 329                         unmap_range(NULL, hyp_pgd, KERN_TO_HYP(addr), PGDIR_SIZE);
 330                 for (addr = VMALLOC_START; is_vmalloc_addr((void*)addr); addr += PGDIR_SIZE)
 331                         unmap_range(NULL, hyp_pgd, KERN_TO_HYP(addr), PGDIR_SIZE);
 332
 333                 kfree(hyp_pgd);
 334                 hyp_pgd = NULL;
 335         }
 336
 337         mutex_unlock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
 338 }
 339
 340 static void create_hyp_pte_mappings(pmd_t *pmd, unsigned long start,
 341                                     unsigned long end, unsigned long pfn,
 342                                     pgprot_t prot)
 343 {
 344         pte_t *pte;
 345         unsigned long addr;
 346
 347         addr = start;
 348         do {
 349                 pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 350                 kvm_set_pte(pte, pfn_pte(pfn, prot));
 351                 get_page(virt_to_page(pte));
 352                 kvm_flush_dcache_to_poc(pte, sizeof(*pte));
 353                 pfn++;
 354         } while (addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 355 }
 356
 357 static int create_hyp_pmd_mappings(pud_t *pud, unsigned long start,
 358                                    unsigned long end, unsigned long pfn,
 359                                    pgprot_t prot)
 360 {
 361         pmd_t *pmd;
 362         pte_t *pte;
 363         unsigned long addr, next;
 364
 365         addr = start;
 366         do {
 367                 pmd = pmd_offset(pud, addr);
 368
 369                 BUG_ON(pmd_sect(*pmd));
 370
 371                 if (pmd_none(*pmd)) {
 372                         pte = pte_alloc_one_kernel(NULL, addr);
 373                         if (!pte) {
 374                                 kvm_err("Cannot allocate Hyp pte\n");
 375                                 return -ENOMEM;
 376                         }
 377                         pmd_populate_kernel(NULL, pmd, pte);
 378                         get_page(virt_to_page(pmd));
 379                         kvm_flush_dcache_to_poc(pmd, sizeof(*pmd));
 380                 }
 381
 382                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 383
 384                 create_hyp_pte_mappings(pmd, addr, next, pfn, prot);
 385                 pfn += (next - addr) >> PAGE_SHIFT;
 386         } while (addr = next, addr != end);
 387
 388         return 0;
 389 }
 390
 391 static int __create_hyp_mappings(pgd_t *pgdp,
 392                                  unsigned long start, unsigned long end,
 393                                  unsigned long pfn, pgprot_t prot)
 394 {
 395         pgd_t *pgd;
 396         pud_t *pud;
 397         pmd_t *pmd;
 398         unsigned long addr, next;
 399         int err = 0;
 400
 401         mutex_lock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
 402         addr = start & PAGE_MASK;
 403         end = PAGE_ALIGN(end);
 404         do {
 405                 pgd = pgdp + pgd_index(addr);
 406                 pud = pud_offset(pgd, addr);
 407
 408                 if (pud_none_or_clear_bad(pud)) {
 409                         pmd = pmd_alloc_one(NULL, addr);
 410                         if (!pmd) {
 411                                 kvm_err("Cannot allocate Hyp pmd\n");
 412                                 err = -ENOMEM;
 413                                 goto out;
 414                         }
 415                         pud_populate(NULL, pud, pmd);
 416                         get_page(virt_to_page(pud));
 417                         kvm_flush_dcache_to_poc(pud, sizeof(*pud));
 418                 }
 419
 420                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 421                 err = create_hyp_pmd_mappings(pud, addr, next, pfn, prot);
 422                 if (err)
 423                         goto out;
 424                 pfn += (next - addr) >> PAGE_SHIFT;
 425         } while (addr = next, addr != end);
 426 out:
 427         mutex_unlock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
 428         return err;
 429 }
 430
 431 static phys_addr_t kvm_kaddr_to_phys(void *kaddr)
 432 {
 433         if (!is_vmalloc_addr(kaddr)) {
 434                 BUG_ON(!virt_addr_valid(kaddr));
 435                 return __pa(kaddr);
 436         } else {
 437                 return page_to_phys(vmalloc_to_page(kaddr)) +
 438                        offset_in_page(kaddr);
 439         }
 440 }
 441
 442 /**
 443  * create_hyp_mappings - duplicate a kernel virtual address range in Hyp mode
 444  * @from:       The virtual kernel start address of the range
 445  * @to:         The virtual kernel end address of the range (exclusive)
 446  *
 447  * The same virtual address as the kernel virtual address is also used
 448  * in Hyp-mode mapping (modulo HYP_PAGE_OFFSET) to the same underlying
 449  * physical pages.
 450  */
 451 int create_hyp_mappings(void *from, void *to)
 452 {
 453         phys_addr_t phys_addr;
 454         unsigned long virt_addr;
 455         unsigned long start = KERN_TO_HYP((unsigned long)from);
 456         unsigned long end = KERN_TO_HYP((unsigned long)to);
 457
 458         start = start & PAGE_MASK;
 459         end = PAGE_ALIGN(end);
 460
 461         for (virt_addr = start; virt_addr < end; virt_addr += PAGE_SIZE) {
 462                 int err;
 463
 464                 phys_addr = kvm_kaddr_to_phys(from + virt_addr - start);
 465                 err = __create_hyp_mappings(hyp_pgd, virt_addr,
 466                                             virt_addr + PAGE_SIZE,
 467                                             __phys_to_pfn(phys_addr),
 468                                             PAGE_HYP);
 469                 if (err)
 470                         return err;
 471         }
 472
 473         return 0;
 474 }
 475
 476 /**
 477  * create_hyp_io_mappings - duplicate a kernel IO mapping into Hyp mode
 478  * @from:       The kernel start VA of the range
 479  * @to:         The kernel end VA of the range (exclusive)
 480  * @phys_addr:  The physical start address which gets mapped
 481  *
 482  * The resulting HYP VA is the same as the kernel VA, modulo
 483  * HYP_PAGE_OFFSET.
 484  */
 485 int create_hyp_io_mappings(void *from, void *to, phys_addr_t phys_addr)
 486 {
 487         unsigned long start = KERN_TO_HYP((unsigned long)from);
 488         unsigned long end = KERN_TO_HYP((unsigned long)to);
 489
 490         /* Check for a valid kernel IO mapping */
 491         if (!is_vmalloc_addr(from) || !is_vmalloc_addr(to - 1))
 492                 return -EINVAL;
 493
 494         return __create_hyp_mappings(hyp_pgd, start, end,
 495                                      __phys_to_pfn(phys_addr), PAGE_HYP_DEVICE);
 496 }
 497
 498 /**
 499  * kvm_alloc_stage2_pgd - allocate level-1 table for stage-2 translation.
 500  * @kvm:        The KVM struct pointer for the VM.
 501  *
 502  * Allocates the 1st level table only of size defined by S2_PGD_ORDER (can
 503  * support either full 40-bit input addresses or limited to 32-bit input
 504  * addresses). Clears the allocated pages.
 505  *
 506  * Note we don't need locking here as this is only called when the VM is
 507  * created, which can only be done once.
 508  */
 509 int kvm_alloc_stage2_pgd(struct kvm *kvm)
 510 {
 511         pgd_t *pgd;
 512
 513         if (kvm->arch.pgd != NULL) {
 514                 kvm_err("kvm_arch already initialized?\n");
 515                 return -EINVAL;
 516         }
 517
 518         pgd = (pgd_t *)__get_free_pages(GFP_KERNEL, S2_PGD_ORDER);
 519         if (!pgd)
 520                 return -ENOMEM;
 521
 522         memset(pgd, 0, PTRS_PER_S2_PGD * sizeof(pgd_t));
 523         kvm_clean_pgd(pgd);
 524         kvm->arch.pgd = pgd;
 525
 526         return 0;
 527 }
 528
 529 /**
 530  * unmap_stage2_range -- Clear stage2 page table entries to unmap a range
 531  * @kvm:   The VM pointer
 532  * @start: The intermediate physical base address of the range to unmap
 533  * @size:  The size of the area to unmap
 534  *
 535  * Clear a range of stage-2 mappings, lowering the various ref-counts.  Must
 536  * be called while holding mmu_lock (unless for freeing the stage2 pgd before
 537  * destroying the VM), otherwise another faulting VCPU may come in and mess
 538  * with things behind our backs.
 539  */
 540 static void unmap_stage2_range(struct kvm *kvm, phys_addr_t start, u64 size)
 541 {
 542         unmap_range(kvm, kvm->arch.pgd, start, size);
 543 }
 544
 545 /**
 546  * kvm_free_stage2_pgd - free all stage-2 tables
 547  * @kvm:        The KVM struct pointer for the VM.
 548  *
 549  * Walks the level-1 page table pointed to by kvm->arch.pgd and frees all
 550  * underlying level-2 and level-3 tables before freeing the actual level-1 table
 551  * and setting the struct pointer to NULL.
 552  *
 553  * Note we don't need locking here as this is only called when the VM is
 554  * destroyed, which can only be done once.
 555  */
 556 void kvm_free_stage2_pgd(struct kvm *kvm)
 557 {
 558         if (kvm->arch.pgd == NULL)
 559                 return;
 560
 561         unmap_stage2_range(kvm, 0, KVM_PHYS_SIZE);
 562         free_pages((unsigned long)kvm->arch.pgd, S2_PGD_ORDER);
 563         kvm->arch.pgd = NULL;
 564 }
 565
 566 static pmd_t *stage2_get_pmd(struct kvm *kvm, struct kvm_mmu_memory_cache *cache,
 567                              phys_addr_t addr)
 568 {
 569         pgd_t *pgd;
 570         pud_t *pud;
 571         pmd_t *pmd;
 572
 573         pgd = kvm->arch.pgd + pgd_index(addr);
 574         pud = pud_offset(pgd, addr);
 575         if (pud_none(*pud)) {
 576                 if (!cache)
 577                         return NULL;
 578                 pmd = mmu_memory_cache_alloc(cache);
 579                 pud_populate(NULL, pud, pmd);
 580                 get_page(virt_to_page(pud));
 581         }
 582
 583         return pmd_offset(pud, addr);
 584 }
 585
 586 static int stage2_set_pmd_huge(struct kvm *kvm, struct kvm_mmu_memory_cache
 587                                *cache, phys_addr_t addr, const pmd_t *new_pmd)
 588 {
 589         pmd_t *pmd, old_pmd;
 590
 591         pmd = stage2_get_pmd(kvm, cache, addr);
 592         VM_BUG_ON(!pmd);
 593
 594         /*
 595          * Mapping in huge pages should only happen through a fault.  If a
 596          * page is merged into a transparent huge page, the individual
 597          * subpages of that huge page should be unmapped through MMU
 598          * notifiers before we get here.
 599          *
 600          * Merging of CompoundPages is not supported; they should become
 601          * splitting first, unmapped, merged, and mapped back in on-demand.
 602          */
 603         VM_BUG_ON(pmd_present(*pmd) && pmd_pfn(*pmd) != pmd_pfn(*new_pmd));
 604
 605         old_pmd = *pmd;
 606         kvm_set_pmd(pmd, *new_pmd);
 607         if (pmd_present(old_pmd))
 608                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
 609         else
 610                 get_page(virt_to_page(pmd));
 611         return 0;
 612 }
 613
 614 static int stage2_set_pte(struct kvm *kvm, struct kvm_mmu_memory_cache *cache,
 615                           phys_addr_t addr, const pte_t *new_pte, bool iomap)
 616 {
 617         pmd_t *pmd;
 618         pte_t *pte, old_pte;
 619
 620         /* Create stage-2 page table mapping - Level 1 */
 621         pmd = stage2_get_pmd(kvm, cache, addr);
 622         if (!pmd) {
 623                 /*
 624                  * Ignore calls from kvm_set_spte_hva for unallocated
 625                  * address ranges.
 626                  */
 627                 return 0;
 628         }
 629
 630         /* Create stage-2 page mappings - Level 2 */
 631         if (pmd_none(*pmd)) {
 632                 if (!cache)
 633                         return 0; /* ignore calls from kvm_set_spte_hva */
 634                 pte = mmu_memory_cache_alloc(cache);
 635                 kvm_clean_pte(pte);
 636                 pmd_populate_kernel(NULL, pmd, pte);
 637                 get_page(virt_to_page(pmd));
 638         }
 639
 640         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 641
 642         if (iomap && pte_present(*pte))
 643                 return -EFAULT;
 644
 645         /* Create 2nd stage page table mapping - Level 3 */
 646         old_pte = *pte;
 647         kvm_set_pte(pte, *new_pte);
 648         if (pte_present(old_pte))
 649                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
 650         else
 651                 get_page(virt_to_page(pte));
 652
 653         return 0;
 654 }
 655
 656 /**
 657  * kvm_phys_addr_ioremap - map a device range to guest IPA
 658  *
 659  * @kvm:        The KVM pointer
 660  * @guest_ipa:  The IPA at which to insert the mapping
 661  * @pa:         The physical address of the device
 662  * @size:       The size of the mapping
 663  */
 664 int kvm_phys_addr_ioremap(struct kvm *kvm, phys_addr_t guest_ipa,
 665                           phys_addr_t pa, unsigned long size)
 666 {
 667         phys_addr_t addr, end;
 668         int ret = 0;
 669         unsigned long pfn;
 670         struct kvm_mmu_memory_cache cache = { 0, };
 671
 672         end = (guest_ipa + size + PAGE_SIZE - 1) & PAGE_MASK;
 673         pfn = __phys_to_pfn(pa);
 674
 675         for (addr = guest_ipa; addr < end; addr += PAGE_SIZE) {
 676                 pte_t pte = pfn_pte(pfn, PAGE_S2_DEVICE);
 677
 678                 ret = mmu_topup_memory_cache(&cache, 2, 2);
 679                 if (ret)
 680                         goto out;
 681                 spin_lock(&kvm->mmu_lock);
 682                 ret = stage2_set_pte(kvm, &cache, addr, &pte, true);
 683                 spin_unlock(&kvm->mmu_lock);
 684                 if (ret)
 685                         goto out;
 686
 687                 pfn++;
 688         }
 689
 690 out:
 691         mmu_free_memory_cache(&cache);
 692         return ret;
 693 }
 694
 695 static bool transparent_hugepage_adjust(pfn_t *pfnp, phys_addr_t *ipap)
 696 {
 697         pfn_t pfn = *pfnp;
 698         gfn_t gfn = *ipap >> PAGE_SHIFT;
 699
 700         if (PageTransCompound(pfn_to_page(pfn))) {
 701                 unsigned long mask;
 702                 /*
 703                  * The address we faulted on is backed by a transparent huge
 704                  * page.  However, because we map the compound huge page and
 705                  * not the individual tail page, we need to transfer the
 706                  * refcount to the head page.  We have to be careful that the
 707                  * THP doesn't start to split while we are adjusting the
 708                  * refcounts.
 709                  *
 710                  * We are sure this doesn't happen, because mmu_notifier_retry
 711                  * was successful and we are holding the mmu_lock, so if this
 712                  * THP is trying to split, it will be blocked in the mmu
 713                  * notifier before touching any of the pages, specifically
 714                  * before being able to call __split_huge_page_refcount().
 715                  *
 716                  * We can therefore safely transfer the refcount from PG_tail
 717                  * to PG_head and switch the pfn from a tail page to the head
 718                  * page accordingly.
 719                  */
 720                 mask = PTRS_PER_PMD - 1;
 721                 VM_BUG_ON((gfn & mask) != (pfn & mask));
 722                 if (pfn & mask) {
 723                         *ipap &= PMD_MASK;
 724                         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 725                         pfn &= ~mask;
 726                         kvm_get_pfn(pfn);
 727                         *pfnp = pfn;
 728                 }
 729
 730                 return true;
 731         }
 732
 733         return false;
 734 }
 735
 736 static int user_mem_abort(struct kvm_vcpu *vcpu, phys_addr_t fault_ipa,
 737                           struct kvm_memory_slot *memslot,
 738                           unsigned long fault_status)
 739 {
 740         int ret;
 741         bool write_fault, writable, hugetlb = false, force_pte = false;
 742         unsigned long mmu_seq;
 743         gfn_t gfn = fault_ipa >> PAGE_SHIFT;
 744         unsigned long hva = gfn_to_hva(vcpu->kvm, gfn);
 745         struct kvm *kvm = vcpu->kvm;
 746         struct kvm_mmu_memory_cache *memcache = &vcpu->arch.mmu_page_cache;
 747         struct vm_area_struct *vma;
 748         pfn_t pfn;
 749
 750         write_fault = kvm_is_write_fault(kvm_vcpu_get_hsr(vcpu));
 751         if (fault_status == FSC_PERM && !write_fault) {
 752                 kvm_err("Unexpected L2 read permission error\n");
 753                 return -EFAULT;
 754         }
 755
 756         /* Let's check if we will get back a huge page backed by hugetlbfs */
 757         down_read(&current->mm->mmap_sem);
 758         vma = find_vma_intersection(current->mm, hva, hva + 1);
 759         if (is_vm_hugetlb_page(vma)) {
 760                 hugetlb = true;
 761                 gfn = (fault_ipa & PMD_MASK) >> PAGE_SHIFT;
 762         } else {
 763                 /*
 764                  * Pages belonging to memslots that don't have the same
 765                  * alignment for userspace and IPA cannot be mapped using
 766                  * block descriptors even if the pages belong to a THP for
 767                  * the process, because the stage-2 block descriptor will
 768                  * cover more than a single THP and we loose atomicity for
 769                  * unmapping, updates, and splits of the THP or other pages
 770                  * in the stage-2 block range.
 771                  */
 772                 if ((memslot->userspace_addr & ~PMD_MASK) !=
 773                     ((memslot->base_gfn << PAGE_SHIFT) & ~PMD_MASK))
 774                         force_pte = true;
 775         }
 776         up_read(&current->mm->mmap_sem);
 777
 778         /* We need minimum second+third level pages */
 779         ret = mmu_topup_memory_cache(memcache, 2, KVM_NR_MEM_OBJS);
 780         if (ret)
 781                 return ret;
 782
 783         mmu_seq = vcpu->kvm->mmu_notifier_seq;
 784         /*
 785          * Ensure the read of mmu_notifier_seq happens before we call
 786          * gfn_to_pfn_prot (which calls get_user_pages), so that we don't risk
 787          * the page we just got a reference to gets unmapped before we have a
 788          * chance to grab the mmu_lock, which ensure that if the page gets
 789          * unmapped afterwards, the call to kvm_unmap_hva will take it away
 790          * from us again properly. This smp_rmb() interacts with the smp_wmb()
 791          * in kvm_mmu_notifier_invalidate_<page|range_end>.
 792          */
 793         smp_rmb();
 794
 795         pfn = gfn_to_pfn_prot(kvm, gfn, write_fault, &writable);
 796         if (is_error_pfn(pfn))
 797                 return -EFAULT;
 798
 799         spin_lock(&kvm->mmu_lock);
 800         if (mmu_notifier_retry(kvm, mmu_seq))
 801                 goto out_unlock;
 802         if (!hugetlb && !force_pte)
 803                 hugetlb = transparent_hugepage_adjust(&pfn, &fault_ipa);
 804
 805         if (hugetlb) {
 806                 pmd_t new_pmd = pfn_pmd(pfn, PAGE_S2);
 807                 new_pmd = pmd_mkhuge(new_pmd);
 808                 if (writable) {
 809                         kvm_set_s2pmd_writable(&new_pmd);
 810                         kvm_set_pfn_dirty(pfn);
 811                 }
 812                 coherent_cache_guest_page(vcpu, hva & PMD_MASK, PMD_SIZE);
 813                 ret = stage2_set_pmd_huge(kvm, memcache, fault_ipa, &new_pmd);
 814         } else {
 815                 pte_t new_pte = pfn_pte(pfn, PAGE_S2);
 816                 if (writable) {
 817                         kvm_set_s2pte_writable(&new_pte);
 818                         kvm_set_pfn_dirty(pfn);
 819                 }
 820                 coherent_cache_guest_page(vcpu, hva, PAGE_SIZE);
 821                 ret = stage2_set_pte(kvm, memcache, fault_ipa, &new_pte, false);
 822         }
 823
 824
 825 out_unlock:
 826         spin_unlock(&kvm->mmu_lock);
 827         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 828         return ret;
 829 }
 830
 831 /**
 832  * kvm_handle_guest_abort - handles all 2nd stage aborts
 833  * @vcpu:       the VCPU pointer
 834  * @run:        the kvm_run structure
 835  *
 836  * Any abort that gets to the host is almost guaranteed to be caused by a
 837  * missing second stage translation table entry, which can mean that either the
 838  * guest simply needs more memory and we must allocate an appropriate page or it
 839  * can mean that the guest tried to access I/O memory, which is emulated by user
 840  * space. The distinction is based on the IPA causing the fault and whether this
 841  * memory region has been registered as standard RAM by user space.
 842  */
 843 int kvm_handle_guest_abort(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_run *run)
 844 {
 845         unsigned long fault_status;
 846         phys_addr_t fault_ipa;
 847         struct kvm_memory_slot *memslot;
 848         bool is_iabt;
 849         gfn_t gfn;
 850         int ret, idx;
 851
 852         is_iabt = kvm_vcpu_trap_is_iabt(vcpu);
 853         fault_ipa = kvm_vcpu_get_fault_ipa(vcpu);
 854
 855         trace_kvm_guest_fault(*vcpu_pc(vcpu), kvm_vcpu_get_hsr(vcpu),
 856                               kvm_vcpu_get_hfar(vcpu), fault_ipa);
 857
 858         /* Check the stage-2 fault is trans. fault or write fault */
 859         fault_status = kvm_vcpu_trap_get_fault(vcpu);
 860         if (fault_status != FSC_FAULT && fault_status != FSC_PERM) {
 861                 kvm_err("Unsupported fault status: EC=%#x DFCS=%#lx\n",
 862                         kvm_vcpu_trap_get_class(vcpu), fault_status);
 863                 return -EFAULT;
 864         }
 865
 866         idx = srcu_read_lock(&vcpu->kvm->srcu);
 867
 868         gfn = fault_ipa >> PAGE_SHIFT;
 869         if (!kvm_is_visible_gfn(vcpu->kvm, gfn)) {
 870                 if (is_iabt) {
 871                         /* Prefetch Abort on I/O address */
 872                         kvm_inject_pabt(vcpu, kvm_vcpu_get_hfar(vcpu));
 873                         ret = 1;
 874                         goto out_unlock;
 875                 }
 876
 877                 if (fault_status != FSC_FAULT) {
 878                         kvm_err("Unsupported fault status on io memory: %#lx\n",
 879                                 fault_status);
 880                         ret = -EFAULT;
 881                         goto out_unlock;
 882                 }
 883
 884                 /*
 885                  * The IPA is reported as [MAX:12], so we need to
 886                  * complement it with the bottom 12 bits from the
 887                  * faulting VA. This is always 12 bits, irrespective
 888                  * of the page size.
 889                  */
 890                 fault_ipa |= kvm_vcpu_get_hfar(vcpu) & ((1 << 12) - 1);
 891                 ret = io_mem_abort(vcpu, run, fault_ipa);
 892                 goto out_unlock;
 893         }
 894
 895         memslot = gfn_to_memslot(vcpu->kvm, gfn);
 896
 897         ret = user_mem_abort(vcpu, fault_ipa, memslot, fault_status);
 898         if (ret == 0)
 899                 ret = 1;
 900 out_unlock:
 901         srcu_read_unlock(&vcpu->kvm->srcu, idx);
 902         return ret;
 903 }
 904
 905 static void handle_hva_to_gpa(struct kvm *kvm,
 906                               unsigned long start,
 907                               unsigned long end,
 908                               void (*handler)(struct kvm *kvm,
 909                                               gpa_t gpa, void *data),
 910                               void *data)
 911 {
 912         struct kvm_memslots *slots;
 913         struct kvm_memory_slot *memslot;
 914
 915         slots = kvm_memslots(kvm);
 916
 917         /* we only care about the pages that the guest sees */
 918         kvm_for_each_memslot(memslot, slots) {
 919                 unsigned long hva_start, hva_end;
 920                 gfn_t gfn, gfn_end;
 921
 922                 hva_start = max(start, memslot->userspace_addr);
 923                 hva_end = min(end, memslot->userspace_addr +
 924                                         (memslot->npages << PAGE_SHIFT));
 925                 if (hva_start >= hva_end)
 926                         continue;
 927
 928                 /*
 929                  * {gfn(page) | page intersects with [hva_start, hva_end)} =
 930                  * {gfn_start, gfn_start+1, ..., gfn_end-1}.
 931                  */
 932                 gfn = hva_to_gfn_memslot(hva_start, memslot);
 933                 gfn_end = hva_to_gfn_memslot(hva_end + PAGE_SIZE - 1, memslot);
 934
 935                 for (; gfn < gfn_end; ++gfn) {
 936                         gpa_t gpa = gfn << PAGE_SHIFT;
 937                         handler(kvm, gpa, data);
 938                 }
 939         }
 940 }
 941
 942 static void kvm_unmap_hva_handler(struct kvm *kvm, gpa_t gpa, void *data)
 943 {
 944         unmap_stage2_range(kvm, gpa, PAGE_SIZE);
 945 }
 946
 947 int kvm_unmap_hva(struct kvm *kvm, unsigned long hva)
 948 {
 949         unsigned long end = hva + PAGE_SIZE;
 950
 951         if (!kvm->arch.pgd)
 952                 return 0;
 953
 954         trace_kvm_unmap_hva(hva);
 955         handle_hva_to_gpa(kvm, hva, end, &kvm_unmap_hva_handler, NULL);
 956         return 0;
 957 }
 958
 959 int kvm_unmap_hva_range(struct kvm *kvm,
 960                         unsigned long start, unsigned long end)
 961 {
 962         if (!kvm->arch.pgd)
 963                 return 0;
 964
 965         trace_kvm_unmap_hva_range(start, end);
 966         handle_hva_to_gpa(kvm, start, end, &kvm_unmap_hva_handler, NULL);
 967         return 0;
 968 }
 969
 970 static void kvm_set_spte_handler(struct kvm *kvm, gpa_t gpa, void *data)
 971 {
 972         pte_t *pte = (pte_t *)data;
 973
 974         stage2_set_pte(kvm, NULL, gpa, pte, false);
 975 }
 976
 977
 978 void kvm_set_spte_hva(struct kvm *kvm, unsigned long hva, pte_t pte)
 979 {
 980         unsigned long end = hva + PAGE_SIZE;
 981         pte_t stage2_pte;
 982
 983         if (!kvm->arch.pgd)
 984                 return;
 985
 986         trace_kvm_set_spte_hva(hva);
 987         stage2_pte = pfn_pte(pte_pfn(pte), PAGE_S2);
 988         handle_hva_to_gpa(kvm, hva, end, &kvm_set_spte_handler, &stage2_pte);
 989 }
 990
 991 void kvm_mmu_free_memory_caches(struct kvm_vcpu *vcpu)
 992 {
 993         mmu_free_memory_cache(&vcpu->arch.mmu_page_cache);
 994 }
 995
 996 phys_addr_t kvm_mmu_get_httbr(void)
 997 {
 998         return virt_to_phys(hyp_pgd);
 999 }
1000
1001 phys_addr_t kvm_mmu_get_boot_httbr(void)
1002 {
1003         return virt_to_phys(boot_hyp_pgd);
1004 }
1005
1006 phys_addr_t kvm_get_idmap_vector(void)
1007 {
1008         return hyp_idmap_vector;
1009 }
1010
1011 int kvm_mmu_init(void)
1012 {
1013         int err;
1014
1015         hyp_idmap_start = kvm_virt_to_phys(__hyp_idmap_text_start);
1016         hyp_idmap_end = kvm_virt_to_phys(__hyp_idmap_text_end);
1017         hyp_idmap_vector = kvm_virt_to_phys(__kvm_hyp_init);
1018
1019         if ((hyp_idmap_start ^ hyp_idmap_end) & PAGE_MASK) {
1020                 /*
1021                  * Our init code is crossing a page boundary. Allocate
1022                  * a bounce page, copy the code over and use that.
1023                  */
1024                 size_t len = __hyp_idmap_text_end - __hyp_idmap_text_start;
1025                 phys_addr_t phys_base;
1026
1027                 init_bounce_page = kmalloc(PAGE_SIZE, GFP_KERNEL);
1028                 if (!init_bounce_page) {
1029                         kvm_err("Couldn't allocate HYP init bounce page\n");
1030                         err = -ENOMEM;
1031                         goto out;
1032                 }
1033
1034                 memcpy(init_bounce_page, __hyp_idmap_text_start, len);
1035                 /*
1036                  * Warning: the code we just copied to the bounce page
1037                  * must be flushed to the point of coherency.
1038                  * Otherwise, the data may be sitting in L2, and HYP
1039                  * mode won't be able to observe it as it runs with
1040                  * caches off at that point.
1041                  */
1042                 kvm_flush_dcache_to_poc(init_bounce_page, len);
1043
1044                 phys_base = kvm_virt_to_phys(init_bounce_page);
1045                 hyp_idmap_vector += phys_base - hyp_idmap_start;
1046                 hyp_idmap_start = phys_base;
1047                 hyp_idmap_end = phys_base + len;
1048
1049                 kvm_info("Using HYP init bounce page @%lx\n",
1050                          (unsigned long)phys_base);
1051         }
1052
1053         hyp_pgd = kzalloc(PTRS_PER_PGD * sizeof(pgd_t), GFP_KERNEL);
1054         boot_hyp_pgd = kzalloc(PTRS_PER_PGD * sizeof(pgd_t), GFP_KERNEL);
1055         if (!hyp_pgd || !boot_hyp_pgd) {
1056                 kvm_err("Hyp mode PGD not allocated\n");
1057                 err = -ENOMEM;
1058                 goto out;
1059         }
1060
1061         /* Create the idmap in the boot page tables */
1062         err =   __create_hyp_mappings(boot_hyp_pgd,
1063                                       hyp_idmap_start, hyp_idmap_end,
1064                                       __phys_to_pfn(hyp_idmap_start),
1065                                       PAGE_HYP);
1066
1067         if (err) {
1068                 kvm_err("Failed to idmap %lx-%lx\n",
1069                         hyp_idmap_start, hyp_idmap_end);
1070                 goto out;
1071         }
1072
1073         /* Map the very same page at the trampoline VA */
1074         err =   __create_hyp_mappings(boot_hyp_pgd,
1075                                       TRAMPOLINE_VA, TRAMPOLINE_VA + PAGE_SIZE,
1076                                       __phys_to_pfn(hyp_idmap_start),
1077                                       PAGE_HYP);
1078         if (err) {
1079                 kvm_err("Failed to map trampoline @%lx into boot HYP pgd\n",
1080                         TRAMPOLINE_VA);
1081                 goto out;
1082         }
1083
1084         /* Map the same page again into the runtime page tables */
1085         err =   __create_hyp_mappings(hyp_pgd,
1086                                       TRAMPOLINE_VA, TRAMPOLINE_VA + PAGE_SIZE,
1087                                       __phys_to_pfn(hyp_idmap_start),
1088                                       PAGE_HYP);
1089         if (err) {
1090                 kvm_err("Failed to map trampoline @%lx into runtime HYP pgd\n",
1091                         TRAMPOLINE_VA);
1092                 goto out;
1093         }
1094
1095         return 0;
1096 out:
1097         free_hyp_pgds();
1098         return err;
1099 }