OSDN Git Service

KAISER: Kernel Address Isolation
[android-x86/kernel.git] / arch / x86 / mm / pgtable.c
1 #include <linux/mm.h>
2 #include <linux/gfp.h>
3 #include <asm/pgalloc.h>
4 #include <asm/pgtable.h>
5 #include <asm/tlb.h>
6 #include <asm/fixmap.h>
7 #include <asm/mtrr.h>
8
9 #define PGALLOC_GFP (GFP_KERNEL_ACCOUNT | __GFP_NOTRACK | __GFP_ZERO)
10
11 #ifdef CONFIG_HIGHPTE
12 #define PGALLOC_USER_GFP __GFP_HIGHMEM
13 #else
14 #define PGALLOC_USER_GFP 0
15 #endif
16
17 gfp_t __userpte_alloc_gfp = PGALLOC_GFP | PGALLOC_USER_GFP;
18
19 pte_t *pte_alloc_one_kernel(struct mm_struct *mm, unsigned long address)
20 {
21         return (pte_t *)__get_free_page(PGALLOC_GFP & ~__GFP_ACCOUNT);
22 }
23
24 pgtable_t pte_alloc_one(struct mm_struct *mm, unsigned long address)
25 {
26         struct page *pte;
27
28         pte = alloc_pages(__userpte_alloc_gfp, 0);
29         if (!pte)
30                 return NULL;
31         if (!pgtable_page_ctor(pte)) {
32                 __free_page(pte);
33                 return NULL;
34         }
35         return pte;
36 }
37
38 static int __init setup_userpte(char *arg)
39 {
40         if (!arg)
41                 return -EINVAL;
42
43         /*
44          * "userpte=nohigh" disables allocation of user pagetables in
45          * high memory.
46          */
47         if (strcmp(arg, "nohigh") == 0)
48                 __userpte_alloc_gfp &= ~__GFP_HIGHMEM;
49         else
50                 return -EINVAL;
51         return 0;
52 }
53 early_param("userpte", setup_userpte);
54
55 void ___pte_free_tlb(struct mmu_gather *tlb, struct page *pte)
56 {
57         pgtable_page_dtor(pte);
58         paravirt_release_pte(page_to_pfn(pte));
59         tlb_remove_page(tlb, pte);
60 }
61
62 #if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 2
63 void ___pmd_free_tlb(struct mmu_gather *tlb, pmd_t *pmd)
64 {
65         struct page *page = virt_to_page(pmd);
66         paravirt_release_pmd(__pa(pmd) >> PAGE_SHIFT);
67         /*
68          * NOTE! For PAE, any changes to the top page-directory-pointer-table
69          * entries need a full cr3 reload to flush.
70          */
71 #ifdef CONFIG_X86_PAE
72         tlb->need_flush_all = 1;
73 #endif
74         pgtable_pmd_page_dtor(page);
75         tlb_remove_page(tlb, page);
76 }
77
78 #if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 3
79 void ___pud_free_tlb(struct mmu_gather *tlb, pud_t *pud)
80 {
81         paravirt_release_pud(__pa(pud) >> PAGE_SHIFT);
82         tlb_remove_page(tlb, virt_to_page(pud));
83 }
84 #endif  /* CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 3 */
85 #endif  /* CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 2 */
86
87 static inline void pgd_list_add(pgd_t *pgd)
88 {
89         struct page *page = virt_to_page(pgd);
90
91         list_add(&page->lru, &pgd_list);
92 }
93
94 static inline void pgd_list_del(pgd_t *pgd)
95 {
96         struct page *page = virt_to_page(pgd);
97
98         list_del(&page->lru);
99 }
100
101 #define UNSHARED_PTRS_PER_PGD                           \
102         (SHARED_KERNEL_PMD ? KERNEL_PGD_BOUNDARY : PTRS_PER_PGD)
103
104
105 static void pgd_set_mm(pgd_t *pgd, struct mm_struct *mm)
106 {
107         BUILD_BUG_ON(sizeof(virt_to_page(pgd)->index) < sizeof(mm));
108         virt_to_page(pgd)->index = (pgoff_t)mm;
109 }
110
111 struct mm_struct *pgd_page_get_mm(struct page *page)
112 {
113         return (struct mm_struct *)page->index;
114 }
115
116 static void pgd_ctor(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd)
117 {
118         /* If the pgd points to a shared pagetable level (either the
119            ptes in non-PAE, or shared PMD in PAE), then just copy the
120            references from swapper_pg_dir. */
121         if (CONFIG_PGTABLE_LEVELS == 2 ||
122             (CONFIG_PGTABLE_LEVELS == 3 && SHARED_KERNEL_PMD) ||
123             CONFIG_PGTABLE_LEVELS == 4) {
124                 clone_pgd_range(pgd + KERNEL_PGD_BOUNDARY,
125                                 swapper_pg_dir + KERNEL_PGD_BOUNDARY,
126                                 KERNEL_PGD_PTRS);
127         }
128
129         /* list required to sync kernel mapping updates */
130         if (!SHARED_KERNEL_PMD) {
131                 pgd_set_mm(pgd, mm);
132                 pgd_list_add(pgd);
133         }
134 }
135
136 static void pgd_dtor(pgd_t *pgd)
137 {
138         if (SHARED_KERNEL_PMD)
139                 return;
140
141         spin_lock(&pgd_lock);
142         pgd_list_del(pgd);
143         spin_unlock(&pgd_lock);
144 }
145
146 /*
147  * List of all pgd's needed for non-PAE so it can invalidate entries
148  * in both cached and uncached pgd's; not needed for PAE since the
149  * kernel pmd is shared. If PAE were not to share the pmd a similar
150  * tactic would be needed. This is essentially codepath-based locking
151  * against pageattr.c; it is the unique case in which a valid change
152  * of kernel pagetables can't be lazily synchronized by vmalloc faults.
153  * vmalloc faults work because attached pagetables are never freed.
154  * -- nyc
155  */
156
157 #ifdef CONFIG_X86_PAE
158 /*
159  * In PAE mode, we need to do a cr3 reload (=tlb flush) when
160  * updating the top-level pagetable entries to guarantee the
161  * processor notices the update.  Since this is expensive, and
162  * all 4 top-level entries are used almost immediately in a
163  * new process's life, we just pre-populate them here.
164  *
165  * Also, if we're in a paravirt environment where the kernel pmd is
166  * not shared between pagetables (!SHARED_KERNEL_PMDS), we allocate
167  * and initialize the kernel pmds here.
168  */
169 #define PREALLOCATED_PMDS       UNSHARED_PTRS_PER_PGD
170
171 void pud_populate(struct mm_struct *mm, pud_t *pudp, pmd_t *pmd)
172 {
173         paravirt_alloc_pmd(mm, __pa(pmd) >> PAGE_SHIFT);
174
175         /* Note: almost everything apart from _PAGE_PRESENT is
176            reserved at the pmd (PDPT) level. */
177         set_pud(pudp, __pud(__pa(pmd) | _PAGE_PRESENT));
178
179         /*
180          * According to Intel App note "TLBs, Paging-Structure Caches,
181          * and Their Invalidation", April 2007, document 317080-001,
182          * section 8.1: in PAE mode we explicitly have to flush the
183          * TLB via cr3 if the top-level pgd is changed...
184          */
185         flush_tlb_mm(mm);
186 }
187 #else  /* !CONFIG_X86_PAE */
188
189 /* No need to prepopulate any pagetable entries in non-PAE modes. */
190 #define PREALLOCATED_PMDS       0
191
192 #endif  /* CONFIG_X86_PAE */
193
194 static void free_pmds(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmds[])
195 {
196         int i;
197
198         for(i = 0; i < PREALLOCATED_PMDS; i++)
199                 if (pmds[i]) {
200                         pgtable_pmd_page_dtor(virt_to_page(pmds[i]));
201                         free_page((unsigned long)pmds[i]);
202                         mm_dec_nr_pmds(mm);
203                 }
204 }
205
206 static int preallocate_pmds(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmds[])
207 {
208         int i;
209         bool failed = false;
210         gfp_t gfp = PGALLOC_GFP;
211
212         if (mm == &init_mm)
213                 gfp &= ~__GFP_ACCOUNT;
214
215         for(i = 0; i < PREALLOCATED_PMDS; i++) {
216                 pmd_t *pmd = (pmd_t *)__get_free_page(gfp);
217                 if (!pmd)
218                         failed = true;
219                 if (pmd && !pgtable_pmd_page_ctor(virt_to_page(pmd))) {
220                         free_page((unsigned long)pmd);
221                         pmd = NULL;
222                         failed = true;
223                 }
224                 if (pmd)
225                         mm_inc_nr_pmds(mm);
226                 pmds[i] = pmd;
227         }
228
229         if (failed) {
230                 free_pmds(mm, pmds);
231                 return -ENOMEM;
232         }
233
234         return 0;
235 }
236
237 /*
238  * Mop up any pmd pages which may still be attached to the pgd.
239  * Normally they will be freed by munmap/exit_mmap, but any pmd we
240  * preallocate which never got a corresponding vma will need to be
241  * freed manually.
242  */
243 static void pgd_mop_up_pmds(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgdp)
244 {
245         int i;
246
247         for(i = 0; i < PREALLOCATED_PMDS; i++) {
248                 pgd_t pgd = pgdp[i];
249
250                 if (pgd_val(pgd) != 0) {
251                         pmd_t *pmd = (pmd_t *)pgd_page_vaddr(pgd);
252
253                         pgdp[i] = native_make_pgd(0);
254
255                         paravirt_release_pmd(pgd_val(pgd) >> PAGE_SHIFT);
256                         pmd_free(mm, pmd);
257                         mm_dec_nr_pmds(mm);
258                 }
259         }
260 }
261
262 static void pgd_prepopulate_pmd(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd, pmd_t *pmds[])
263 {
264         pud_t *pud;
265         int i;
266
267         if (PREALLOCATED_PMDS == 0) /* Work around gcc-3.4.x bug */
268                 return;
269
270         pud = pud_offset(pgd, 0);
271
272         for (i = 0; i < PREALLOCATED_PMDS; i++, pud++) {
273                 pmd_t *pmd = pmds[i];
274
275                 if (i >= KERNEL_PGD_BOUNDARY)
276                         memcpy(pmd, (pmd_t *)pgd_page_vaddr(swapper_pg_dir[i]),
277                                sizeof(pmd_t) * PTRS_PER_PMD);
278
279                 pud_populate(mm, pud, pmd);
280         }
281 }
282
283 /*
284  * Xen paravirt assumes pgd table should be in one page. 64 bit kernel also
285  * assumes that pgd should be in one page.
286  *
287  * But kernel with PAE paging that is not running as a Xen domain
288  * only needs to allocate 32 bytes for pgd instead of one page.
289  */
290 #ifdef CONFIG_X86_PAE
291
292 #include <linux/slab.h>
293
294 #define PGD_SIZE        (PTRS_PER_PGD * sizeof(pgd_t))
295 #define PGD_ALIGN       32
296
297 static struct kmem_cache *pgd_cache;
298
299 static int __init pgd_cache_init(void)
300 {
301         /*
302          * When PAE kernel is running as a Xen domain, it does not use
303          * shared kernel pmd. And this requires a whole page for pgd.
304          */
305         if (!SHARED_KERNEL_PMD)
306                 return 0;
307
308         /*
309          * when PAE kernel is not running as a Xen domain, it uses
310          * shared kernel pmd. Shared kernel pmd does not require a whole
311          * page for pgd. We are able to just allocate a 32-byte for pgd.
312          * During boot time, we create a 32-byte slab for pgd table allocation.
313          */
314         pgd_cache = kmem_cache_create("pgd_cache", PGD_SIZE, PGD_ALIGN,
315                                       SLAB_PANIC, NULL);
316         if (!pgd_cache)
317                 return -ENOMEM;
318
319         return 0;
320 }
321 core_initcall(pgd_cache_init);
322
323 static inline pgd_t *_pgd_alloc(void)
324 {
325         /*
326          * If no SHARED_KERNEL_PMD, PAE kernel is running as a Xen domain.
327          * We allocate one page for pgd.
328          */
329         if (!SHARED_KERNEL_PMD)
330                 return (pgd_t *)__get_free_page(PGALLOC_GFP);
331
332         /*
333          * Now PAE kernel is not running as a Xen domain. We can allocate
334          * a 32-byte slab for pgd to save memory space.
335          */
336         return kmem_cache_alloc(pgd_cache, PGALLOC_GFP);
337 }
338
339 static inline void _pgd_free(pgd_t *pgd)
340 {
341         if (!SHARED_KERNEL_PMD)
342                 free_page((unsigned long)pgd);
343         else
344                 kmem_cache_free(pgd_cache, pgd);
345 }
346 #else
347 static inline pgd_t *_pgd_alloc(void)
348 {
349 #ifdef CONFIG_KAISER
350         // Instead of one PML4, we aquire two PML4s and, thus, an 8kb-aligned memory
351         // block. Therefore, we have to allocate at least 3 pages. However, the
352         // __get_free_pages returns us 4 pages. Hence, we store the base pointer at
353         // the beginning of the page of our 8kb-aligned memory block in order to
354         // correctly free it afterwars.
355
356         unsigned long pages = __get_free_pages(PGALLOC_GFP, get_order(4*PAGE_SIZE));
357
358         if(native_get_normal_pgd((pgd_t*) pages) == (pgd_t*) pages)
359         {
360                 *((unsigned long*)(pages + 2 * PAGE_SIZE)) = pages;
361                 return (pgd_t *) pages;
362         }
363         else
364         {
365                 *((unsigned long*)(pages + 3 * PAGE_SIZE)) = pages;
366                 return (pgd_t *) (pages + PAGE_SIZE);
367         }
368 #else
369         return (pgd_t *)__get_free_page(PGALLOC_GFP);
370 #endif
371 }
372
373 static inline void _pgd_free(pgd_t *pgd)
374 {
375 #ifdef CONFIG_KAISER
376   unsigned long pages = *((unsigned long*) ((char*) pgd + 2 * PAGE_SIZE));
377         free_pages(pages, get_order(4*PAGE_SIZE));
378 #else
379         free_page((unsigned long)pgd);
380 #endif
381 }
382 #endif /* CONFIG_X86_PAE */
383
384 pgd_t *pgd_alloc(struct mm_struct *mm)
385 {
386         pgd_t *pgd;
387         pmd_t *pmds[PREALLOCATED_PMDS];
388
389         pgd = _pgd_alloc();
390
391         if (pgd == NULL)
392                 goto out;
393
394         mm->pgd = pgd;
395
396         if (preallocate_pmds(mm, pmds) != 0)
397                 goto out_free_pgd;
398
399         if (paravirt_pgd_alloc(mm) != 0)
400                 goto out_free_pmds;
401
402         /*
403          * Make sure that pre-populating the pmds is atomic with
404          * respect to anything walking the pgd_list, so that they
405          * never see a partially populated pgd.
406          */
407         spin_lock(&pgd_lock);
408
409         pgd_ctor(mm, pgd);
410         pgd_prepopulate_pmd(mm, pgd, pmds);
411
412         spin_unlock(&pgd_lock);
413
414         return pgd;
415
416 out_free_pmds:
417         free_pmds(mm, pmds);
418 out_free_pgd:
419         _pgd_free(pgd);
420 out:
421         return NULL;
422 }
423
424 void pgd_free(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd)
425 {
426         pgd_mop_up_pmds(mm, pgd);
427         pgd_dtor(pgd);
428         paravirt_pgd_free(mm, pgd);
429         _pgd_free(pgd);
430 }
431
432 /*
433  * Used to set accessed or dirty bits in the page table entries
434  * on other architectures. On x86, the accessed and dirty bits
435  * are tracked by hardware. However, do_wp_page calls this function
436  * to also make the pte writeable at the same time the dirty bit is
437  * set. In that case we do actually need to write the PTE.
438  */
439 int ptep_set_access_flags(struct vm_area_struct *vma,
440                           unsigned long address, pte_t *ptep,
441                           pte_t entry, int dirty)
442 {
443         int changed = !pte_same(*ptep, entry);
444
445         if (changed && dirty) {
446                 *ptep = entry;
447                 pte_update(vma->vm_mm, address, ptep);
448         }
449
450         return changed;
451 }
452
453 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
454 int pmdp_set_access_flags(struct vm_area_struct *vma,
455                           unsigned long address, pmd_t *pmdp,
456                           pmd_t entry, int dirty)
457 {
458         int changed = !pmd_same(*pmdp, entry);
459
460         VM_BUG_ON(address & ~HPAGE_PMD_MASK);
461
462         if (changed && dirty) {
463                 *pmdp = entry;
464                 /*
465                  * We had a write-protection fault here and changed the pmd
466                  * to to more permissive. No need to flush the TLB for that,
467                  * #PF is architecturally guaranteed to do that and in the
468                  * worst-case we'll generate a spurious fault.
469                  */
470         }
471
472         return changed;
473 }
474 #endif
475
476 int ptep_test_and_clear_young(struct vm_area_struct *vma,
477                               unsigned long addr, pte_t *ptep)
478 {
479         int ret = 0;
480
481         if (pte_young(*ptep))
482                 ret = test_and_clear_bit(_PAGE_BIT_ACCESSED,
483                                          (unsigned long *) &ptep->pte);
484
485         if (ret)
486                 pte_update(vma->vm_mm, addr, ptep);
487
488         return ret;
489 }
490
491 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
492 int pmdp_test_and_clear_young(struct vm_area_struct *vma,
493                               unsigned long addr, pmd_t *pmdp)
494 {
495         int ret = 0;
496
497         if (pmd_young(*pmdp))
498                 ret = test_and_clear_bit(_PAGE_BIT_ACCESSED,
499                                          (unsigned long *)pmdp);
500
501         return ret;
502 }
503 #endif
504
505 int ptep_clear_flush_young(struct vm_area_struct *vma,
506                            unsigned long address, pte_t *ptep)
507 {
508         /*
509          * On x86 CPUs, clearing the accessed bit without a TLB flush
510          * doesn't cause data corruption. [ It could cause incorrect
511          * page aging and the (mistaken) reclaim of hot pages, but the
512          * chance of that should be relatively low. ]
513          *
514          * So as a performance optimization don't flush the TLB when
515          * clearing the accessed bit, it will eventually be flushed by
516          * a context switch or a VM operation anyway. [ In the rare
517          * event of it not getting flushed for a long time the delay
518          * shouldn't really matter because there's no real memory
519          * pressure for swapout to react to. ]
520          */
521         return ptep_test_and_clear_young(vma, address, ptep);
522 }
523
524 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
525 int pmdp_clear_flush_young(struct vm_area_struct *vma,
526                            unsigned long address, pmd_t *pmdp)
527 {
528         int young;
529
530         VM_BUG_ON(address & ~HPAGE_PMD_MASK);
531
532         young = pmdp_test_and_clear_young(vma, address, pmdp);
533         if (young)
534                 flush_tlb_range(vma, address, address + HPAGE_PMD_SIZE);
535
536         return young;
537 }
538 #endif
539
540 /**
541  * reserve_top_address - reserves a hole in the top of kernel address space
542  * @reserve - size of hole to reserve
543  *
544  * Can be used to relocate the fixmap area and poke a hole in the top
545  * of kernel address space to make room for a hypervisor.
546  */
547 void __init reserve_top_address(unsigned long reserve)
548 {
549 #ifdef CONFIG_X86_32
550         BUG_ON(fixmaps_set > 0);
551         __FIXADDR_TOP = round_down(-reserve, 1 << PMD_SHIFT) - PAGE_SIZE;
552         printk(KERN_INFO "Reserving virtual address space above 0x%08lx (rounded to 0x%08lx)\n",
553                -reserve, __FIXADDR_TOP + PAGE_SIZE);
554 #endif
555 }
556
557 int fixmaps_set;
558
559 void __native_set_fixmap(enum fixed_addresses idx, pte_t pte)
560 {
561         unsigned long address = __fix_to_virt(idx);
562
563         if (idx >= __end_of_fixed_addresses) {
564                 BUG();
565                 return;
566         }
567         set_pte_vaddr(address, pte);
568         fixmaps_set++;
569 }
570
571 void native_set_fixmap(enum fixed_addresses idx, phys_addr_t phys,
572                        pgprot_t flags)
573 {
574         __native_set_fixmap(idx, pfn_pte(phys >> PAGE_SHIFT, flags));
575 }
576
577 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP
578 /**
579  * pud_set_huge - setup kernel PUD mapping
580  *
581  * MTRRs can override PAT memory types with 4KiB granularity. Therefore, this
582  * function sets up a huge page only if any of the following conditions are met:
583  *
584  * - MTRRs are disabled, or
585  *
586  * - MTRRs are enabled and the range is completely covered by a single MTRR, or
587  *
588  * - MTRRs are enabled and the corresponding MTRR memory type is WB, which
589  *   has no effect on the requested PAT memory type.
590  *
591  * Callers should try to decrease page size (1GB -> 2MB -> 4K) if the bigger
592  * page mapping attempt fails.
593  *
594  * Returns 1 on success and 0 on failure.
595  */
596 int pud_set_huge(pud_t *pud, phys_addr_t addr, pgprot_t prot)
597 {
598         u8 mtrr, uniform;
599
600         mtrr = mtrr_type_lookup(addr, addr + PUD_SIZE, &uniform);
601         if ((mtrr != MTRR_TYPE_INVALID) && (!uniform) &&
602             (mtrr != MTRR_TYPE_WRBACK))
603                 return 0;
604
605         prot = pgprot_4k_2_large(prot);
606
607         set_pte((pte_t *)pud, pfn_pte(
608                 (u64)addr >> PAGE_SHIFT,
609                 __pgprot(pgprot_val(prot) | _PAGE_PSE)));
610
611         return 1;
612 }
613
614 /**
615  * pmd_set_huge - setup kernel PMD mapping
616  *
617  * See text over pud_set_huge() above.
618  *
619  * Returns 1 on success and 0 on failure.
620  */
621 int pmd_set_huge(pmd_t *pmd, phys_addr_t addr, pgprot_t prot)
622 {
623         u8 mtrr, uniform;
624
625         mtrr = mtrr_type_lookup(addr, addr + PMD_SIZE, &uniform);
626         if ((mtrr != MTRR_TYPE_INVALID) && (!uniform) &&
627             (mtrr != MTRR_TYPE_WRBACK)) {
628                 pr_warn_once("%s: Cannot satisfy [mem %#010llx-%#010llx] with a huge-page mapping due to MTRR override.\n",
629                              __func__, addr, addr + PMD_SIZE);
630                 return 0;
631         }
632
633         prot = pgprot_4k_2_large(prot);
634
635         set_pte((pte_t *)pmd, pfn_pte(
636                 (u64)addr >> PAGE_SHIFT,
637                 __pgprot(pgprot_val(prot) | _PAGE_PSE)));
638
639         return 1;
640 }
641
642 /**
643  * pud_clear_huge - clear kernel PUD mapping when it is set
644  *
645  * Returns 1 on success and 0 on failure (no PUD map is found).
646  */
647 int pud_clear_huge(pud_t *pud)
648 {
649         if (pud_large(*pud)) {
650                 pud_clear(pud);
651                 return 1;
652         }
653
654         return 0;
655 }
656
657 /**
658  * pmd_clear_huge - clear kernel PMD mapping when it is set
659  *
660  * Returns 1 on success and 0 on failure (no PMD map is found).
661  */
662 int pmd_clear_huge(pmd_t *pmd)
663 {
664         if (pmd_large(*pmd)) {
665                 pmd_clear(pmd);
666                 return 1;
667         }
668
669         return 0;
670 }
671 #endif  /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP */