s390/mm: cleanup page table definitions
[pandora-kernel.git] / arch / s390 / mm / pgtable.c
1 /*
2  *    Copyright IBM Corp. 2007, 2011
3  *    Author(s): Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
4  */
5
6 #include <linux/sched.h>
7 #include <linux/kernel.h>
8 #include <linux/errno.h>
9 #include <linux/gfp.h>
10 #include <linux/mm.h>
11 #include <linux/swap.h>
12 #include <linux/smp.h>
13 #include <linux/highmem.h>
14 #include <linux/pagemap.h>
15 #include <linux/spinlock.h>
16 #include <linux/module.h>
17 #include <linux/quicklist.h>
18 #include <linux/rcupdate.h>
19 #include <linux/slab.h>
20
21 #include <asm/pgtable.h>
22 #include <asm/pgalloc.h>
23 #include <asm/tlb.h>
24 #include <asm/tlbflush.h>
25 #include <asm/mmu_context.h>
26
27 #ifndef CONFIG_64BIT
28 #define ALLOC_ORDER     1
29 #define FRAG_MASK       0x0f
30 #else
31 #define ALLOC_ORDER     2
32 #define FRAG_MASK       0x03
33 #endif
34
35
36 unsigned long *crst_table_alloc(struct mm_struct *mm)
37 {
38         struct page *page = alloc_pages(GFP_KERNEL, ALLOC_ORDER);
39
40         if (!page)
41                 return NULL;
42         return (unsigned long *) page_to_phys(page);
43 }
44
45 void crst_table_free(struct mm_struct *mm, unsigned long *table)
46 {
47         free_pages((unsigned long) table, ALLOC_ORDER);
48 }
49
50 #ifdef CONFIG_64BIT
51 int crst_table_upgrade(struct mm_struct *mm, unsigned long limit)
52 {
53         unsigned long *table, *pgd;
54         unsigned long entry;
55
56         BUG_ON(limit > (1UL << 53));
57 repeat:
58         table = crst_table_alloc(mm);
59         if (!table)
60                 return -ENOMEM;
61         spin_lock_bh(&mm->page_table_lock);
62         if (mm->context.asce_limit < limit) {
63                 pgd = (unsigned long *) mm->pgd;
64                 if (mm->context.asce_limit <= (1UL << 31)) {
65                         entry = _REGION3_ENTRY_EMPTY;
66                         mm->context.asce_limit = 1UL << 42;
67                         mm->context.asce_bits = _ASCE_TABLE_LENGTH |
68                                                 _ASCE_USER_BITS |
69                                                 _ASCE_TYPE_REGION3;
70                 } else {
71                         entry = _REGION2_ENTRY_EMPTY;
72                         mm->context.asce_limit = 1UL << 53;
73                         mm->context.asce_bits = _ASCE_TABLE_LENGTH |
74                                                 _ASCE_USER_BITS |
75                                                 _ASCE_TYPE_REGION2;
76                 }
77                 crst_table_init(table, entry);
78                 pgd_populate(mm, (pgd_t *) table, (pud_t *) pgd);
79                 mm->pgd = (pgd_t *) table;
80                 mm->task_size = mm->context.asce_limit;
81                 table = NULL;
82         }
83         spin_unlock_bh(&mm->page_table_lock);
84         if (table)
85                 crst_table_free(mm, table);
86         if (mm->context.asce_limit < limit)
87                 goto repeat;
88         return 0;
89 }
90
91 void crst_table_downgrade(struct mm_struct *mm, unsigned long limit)
92 {
93         pgd_t *pgd;
94
95         while (mm->context.asce_limit > limit) {
96                 pgd = mm->pgd;
97                 switch (pgd_val(*pgd) & _REGION_ENTRY_TYPE_MASK) {
98                 case _REGION_ENTRY_TYPE_R2:
99                         mm->context.asce_limit = 1UL << 42;
100                         mm->context.asce_bits = _ASCE_TABLE_LENGTH |
101                                                 _ASCE_USER_BITS |
102                                                 _ASCE_TYPE_REGION3;
103                         break;
104                 case _REGION_ENTRY_TYPE_R3:
105                         mm->context.asce_limit = 1UL << 31;
106                         mm->context.asce_bits = _ASCE_TABLE_LENGTH |
107                                                 _ASCE_USER_BITS |
108                                                 _ASCE_TYPE_SEGMENT;
109                         break;
110                 default:
111                         BUG();
112                 }
113                 mm->pgd = (pgd_t *) (pgd_val(*pgd) & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
114                 mm->task_size = mm->context.asce_limit;
115                 crst_table_free(mm, (unsigned long *) pgd);
116         }
117 }
118 #endif
119
120 #ifdef CONFIG_PGSTE
121
122 /**
123  * gmap_alloc - allocate a guest address space
124  * @mm: pointer to the parent mm_struct
125  *
126  * Returns a guest address space structure.
127  */
128 struct gmap *gmap_alloc(struct mm_struct *mm)
129 {
130         struct gmap *gmap;
131         struct page *page;
132         unsigned long *table;
133
134         gmap = kzalloc(sizeof(struct gmap), GFP_KERNEL);
135         if (!gmap)
136                 goto out;
137         INIT_LIST_HEAD(&gmap->crst_list);
138         gmap->mm = mm;
139         page = alloc_pages(GFP_KERNEL, ALLOC_ORDER);
140         if (!page)
141                 goto out_free;
142         list_add(&page->lru, &gmap->crst_list);
143         table = (unsigned long *) page_to_phys(page);
144         crst_table_init(table, _REGION1_ENTRY_EMPTY);
145         gmap->table = table;
146         gmap->asce = _ASCE_TYPE_REGION1 | _ASCE_TABLE_LENGTH |
147                      _ASCE_USER_BITS | __pa(table);
148         list_add(&gmap->list, &mm->context.gmap_list);
149         return gmap;
150
151 out_free:
152         kfree(gmap);
153 out:
154         return NULL;
155 }
156 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_alloc);
157
158 static int gmap_unlink_segment(struct gmap *gmap, unsigned long *table)
159 {
160         struct gmap_pgtable *mp;
161         struct gmap_rmap *rmap;
162         struct page *page;
163
164         if (*table & _SEGMENT_ENTRY_INVALID)
165                 return 0;
166         page = pfn_to_page(*table >> PAGE_SHIFT);
167         mp = (struct gmap_pgtable *) page->index;
168         list_for_each_entry(rmap, &mp->mapper, list) {
169                 if (rmap->entry != table)
170                         continue;
171                 list_del(&rmap->list);
172                 kfree(rmap);
173                 break;
174         }
175         *table = mp->vmaddr | _SEGMENT_ENTRY_INVALID | _SEGMENT_ENTRY_PROTECT;
176         return 1;
177 }
178
179 static void gmap_flush_tlb(struct gmap *gmap)
180 {
181         if (MACHINE_HAS_IDTE)
182                 __tlb_flush_idte((unsigned long) gmap->table |
183                                  _ASCE_TYPE_REGION1);
184         else
185                 __tlb_flush_global();
186 }
187
188 /**
189  * gmap_free - free a guest address space
190  * @gmap: pointer to the guest address space structure
191  */
192 void gmap_free(struct gmap *gmap)
193 {
194         struct page *page, *next;
195         unsigned long *table;
196         int i;
197
198
199         /* Flush tlb. */
200         if (MACHINE_HAS_IDTE)
201                 __tlb_flush_idte((unsigned long) gmap->table |
202                                  _ASCE_TYPE_REGION1);
203         else
204                 __tlb_flush_global();
205
206         /* Free all segment & region tables. */
207         down_read(&gmap->mm->mmap_sem);
208         spin_lock(&gmap->mm->page_table_lock);
209         list_for_each_entry_safe(page, next, &gmap->crst_list, lru) {
210                 table = (unsigned long *) page_to_phys(page);
211                 if ((*table & _REGION_ENTRY_TYPE_MASK) == 0)
212                         /* Remove gmap rmap structures for segment table. */
213                         for (i = 0; i < PTRS_PER_PMD; i++, table++)
214                                 gmap_unlink_segment(gmap, table);
215                 __free_pages(page, ALLOC_ORDER);
216         }
217         spin_unlock(&gmap->mm->page_table_lock);
218         up_read(&gmap->mm->mmap_sem);
219         list_del(&gmap->list);
220         kfree(gmap);
221 }
222 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_free);
223
224 /**
225  * gmap_enable - switch primary space to the guest address space
226  * @gmap: pointer to the guest address space structure
227  */
228 void gmap_enable(struct gmap *gmap)
229 {
230         S390_lowcore.gmap = (unsigned long) gmap;
231 }
232 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_enable);
233
234 /**
235  * gmap_disable - switch back to the standard primary address space
236  * @gmap: pointer to the guest address space structure
237  */
238 void gmap_disable(struct gmap *gmap)
239 {
240         S390_lowcore.gmap = 0UL;
241 }
242 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_disable);
243
244 /*
245  * gmap_alloc_table is assumed to be called with mmap_sem held
246  */
247 static int gmap_alloc_table(struct gmap *gmap,
248                                unsigned long *table, unsigned long init)
249 {
250         struct page *page;
251         unsigned long *new;
252
253         /* since we dont free the gmap table until gmap_free we can unlock */
254         spin_unlock(&gmap->mm->page_table_lock);
255         page = alloc_pages(GFP_KERNEL, ALLOC_ORDER);
256         spin_lock(&gmap->mm->page_table_lock);
257         if (!page)
258                 return -ENOMEM;
259         new = (unsigned long *) page_to_phys(page);
260         crst_table_init(new, init);
261         if (*table & _REGION_ENTRY_INVALID) {
262                 list_add(&page->lru, &gmap->crst_list);
263                 *table = (unsigned long) new | _REGION_ENTRY_LENGTH |
264                         (*table & _REGION_ENTRY_TYPE_MASK);
265         } else
266                 __free_pages(page, ALLOC_ORDER);
267         return 0;
268 }
269
270 /**
271  * gmap_unmap_segment - unmap segment from the guest address space
272  * @gmap: pointer to the guest address space structure
273  * @addr: address in the guest address space
274  * @len: length of the memory area to unmap
275  *
276  * Returns 0 if the unmap succeded, -EINVAL if not.
277  */
278 int gmap_unmap_segment(struct gmap *gmap, unsigned long to, unsigned long len)
279 {
280         unsigned long *table;
281         unsigned long off;
282         int flush;
283
284         if ((to | len) & (PMD_SIZE - 1))
285                 return -EINVAL;
286         if (len == 0 || to + len < to)
287                 return -EINVAL;
288
289         flush = 0;
290         down_read(&gmap->mm->mmap_sem);
291         spin_lock(&gmap->mm->page_table_lock);
292         for (off = 0; off < len; off += PMD_SIZE) {
293                 /* Walk the guest addr space page table */
294                 table = gmap->table + (((to + off) >> 53) & 0x7ff);
295                 if (*table & _REGION_ENTRY_INVALID)
296                         goto out;
297                 table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
298                 table = table + (((to + off) >> 42) & 0x7ff);
299                 if (*table & _REGION_ENTRY_INVALID)
300                         goto out;
301                 table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
302                 table = table + (((to + off) >> 31) & 0x7ff);
303                 if (*table & _REGION_ENTRY_INVALID)
304                         goto out;
305                 table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
306                 table = table + (((to + off) >> 20) & 0x7ff);
307
308                 /* Clear segment table entry in guest address space. */
309                 flush |= gmap_unlink_segment(gmap, table);
310                 *table = _SEGMENT_ENTRY_INVALID;
311         }
312 out:
313         spin_unlock(&gmap->mm->page_table_lock);
314         up_read(&gmap->mm->mmap_sem);
315         if (flush)
316                 gmap_flush_tlb(gmap);
317         return 0;
318 }
319 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_unmap_segment);
320
321 /**
322  * gmap_mmap_segment - map a segment to the guest address space
323  * @gmap: pointer to the guest address space structure
324  * @from: source address in the parent address space
325  * @to: target address in the guest address space
326  *
327  * Returns 0 if the mmap succeded, -EINVAL or -ENOMEM if not.
328  */
329 int gmap_map_segment(struct gmap *gmap, unsigned long from,
330                      unsigned long to, unsigned long len)
331 {
332         unsigned long *table;
333         unsigned long off;
334         int flush;
335
336         if ((from | to | len) & (PMD_SIZE - 1))
337                 return -EINVAL;
338         if (len == 0 || from + len > PGDIR_SIZE ||
339             from + len < from || to + len < to)
340                 return -EINVAL;
341
342         flush = 0;
343         down_read(&gmap->mm->mmap_sem);
344         spin_lock(&gmap->mm->page_table_lock);
345         for (off = 0; off < len; off += PMD_SIZE) {
346                 /* Walk the gmap address space page table */
347                 table = gmap->table + (((to + off) >> 53) & 0x7ff);
348                 if ((*table & _REGION_ENTRY_INVALID) &&
349                     gmap_alloc_table(gmap, table, _REGION2_ENTRY_EMPTY))
350                         goto out_unmap;
351                 table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
352                 table = table + (((to + off) >> 42) & 0x7ff);
353                 if ((*table & _REGION_ENTRY_INVALID) &&
354                     gmap_alloc_table(gmap, table, _REGION3_ENTRY_EMPTY))
355                         goto out_unmap;
356                 table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
357                 table = table + (((to + off) >> 31) & 0x7ff);
358                 if ((*table & _REGION_ENTRY_INVALID) &&
359                     gmap_alloc_table(gmap, table, _SEGMENT_ENTRY_EMPTY))
360                         goto out_unmap;
361                 table = (unsigned long *) (*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
362                 table = table + (((to + off) >> 20) & 0x7ff);
363
364                 /* Store 'from' address in an invalid segment table entry. */
365                 flush |= gmap_unlink_segment(gmap, table);
366                 *table =  (from + off) | (_SEGMENT_ENTRY_INVALID |
367                                           _SEGMENT_ENTRY_PROTECT);
368         }
369         spin_unlock(&gmap->mm->page_table_lock);
370         up_read(&gmap->mm->mmap_sem);
371         if (flush)
372                 gmap_flush_tlb(gmap);
373         return 0;
374
375 out_unmap:
376         spin_unlock(&gmap->mm->page_table_lock);
377         up_read(&gmap->mm->mmap_sem);
378         gmap_unmap_segment(gmap, to, len);
379         return -ENOMEM;
380 }
381 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_map_segment);
382
383 static unsigned long *gmap_table_walk(unsigned long address, struct gmap *gmap)
384 {
385         unsigned long *table;
386
387         table = gmap->table + ((address >> 53) & 0x7ff);
388         if (unlikely(*table & _REGION_ENTRY_INVALID))
389                 return ERR_PTR(-EFAULT);
390         table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
391         table = table + ((address >> 42) & 0x7ff);
392         if (unlikely(*table & _REGION_ENTRY_INVALID))
393                 return ERR_PTR(-EFAULT);
394         table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
395         table = table + ((address >> 31) & 0x7ff);
396         if (unlikely(*table & _REGION_ENTRY_INVALID))
397                 return ERR_PTR(-EFAULT);
398         table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
399         table = table + ((address >> 20) & 0x7ff);
400         return table;
401 }
402
403 /**
404  * __gmap_translate - translate a guest address to a user space address
405  * @address: guest address
406  * @gmap: pointer to guest mapping meta data structure
407  *
408  * Returns user space address which corresponds to the guest address or
409  * -EFAULT if no such mapping exists.
410  * This function does not establish potentially missing page table entries.
411  * The mmap_sem of the mm that belongs to the address space must be held
412  * when this function gets called.
413  */
414 unsigned long __gmap_translate(unsigned long address, struct gmap *gmap)
415 {
416         unsigned long *segment_ptr, vmaddr, segment;
417         struct gmap_pgtable *mp;
418         struct page *page;
419
420         current->thread.gmap_addr = address;
421         segment_ptr = gmap_table_walk(address, gmap);
422         if (IS_ERR(segment_ptr))
423                 return PTR_ERR(segment_ptr);
424         /* Convert the gmap address to an mm address. */
425         segment = *segment_ptr;
426         if (!(segment & _SEGMENT_ENTRY_INVALID)) {
427                 page = pfn_to_page(segment >> PAGE_SHIFT);
428                 mp = (struct gmap_pgtable *) page->index;
429                 return mp->vmaddr | (address & ~PMD_MASK);
430         } else if (segment & _SEGMENT_ENTRY_PROTECT) {
431                 vmaddr = segment & _SEGMENT_ENTRY_ORIGIN;
432                 return vmaddr | (address & ~PMD_MASK);
433         }
434         return -EFAULT;
435 }
436 EXPORT_SYMBOL_GPL(__gmap_translate);
437
438 /**
439  * gmap_translate - translate a guest address to a user space address
440  * @address: guest address
441  * @gmap: pointer to guest mapping meta data structure
442  *
443  * Returns user space address which corresponds to the guest address or
444  * -EFAULT if no such mapping exists.
445  * This function does not establish potentially missing page table entries.
446  */
447 unsigned long gmap_translate(unsigned long address, struct gmap *gmap)
448 {
449         unsigned long rc;
450
451         down_read(&gmap->mm->mmap_sem);
452         rc = __gmap_translate(address, gmap);
453         up_read(&gmap->mm->mmap_sem);
454         return rc;
455 }
456 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_translate);
457
458 static int gmap_connect_pgtable(unsigned long address, unsigned long segment,
459                                 unsigned long *segment_ptr, struct gmap *gmap)
460 {
461         unsigned long vmaddr;
462         struct vm_area_struct *vma;
463         struct gmap_pgtable *mp;
464         struct gmap_rmap *rmap;
465         struct mm_struct *mm;
466         struct page *page;
467         pgd_t *pgd;
468         pud_t *pud;
469         pmd_t *pmd;
470
471         mm = gmap->mm;
472         vmaddr = segment & _SEGMENT_ENTRY_ORIGIN;
473         vma = find_vma(mm, vmaddr);
474         if (!vma || vma->vm_start > vmaddr)
475                 return -EFAULT;
476         /* Walk the parent mm page table */
477         pgd = pgd_offset(mm, vmaddr);
478         pud = pud_alloc(mm, pgd, vmaddr);
479         if (!pud)
480                 return -ENOMEM;
481         pmd = pmd_alloc(mm, pud, vmaddr);
482         if (!pmd)
483                 return -ENOMEM;
484         if (!pmd_present(*pmd) &&
485             __pte_alloc(mm, vma, pmd, vmaddr))
486                 return -ENOMEM;
487         /* pmd now points to a valid segment table entry. */
488         rmap = kmalloc(sizeof(*rmap), GFP_KERNEL|__GFP_REPEAT);
489         if (!rmap)
490                 return -ENOMEM;
491         /* Link gmap segment table entry location to page table. */
492         page = pmd_page(*pmd);
493         mp = (struct gmap_pgtable *) page->index;
494         rmap->gmap = gmap;
495         rmap->entry = segment_ptr;
496         rmap->vmaddr = address & PMD_MASK;
497         spin_lock(&mm->page_table_lock);
498         if (*segment_ptr == segment) {
499                 list_add(&rmap->list, &mp->mapper);
500                 /* Set gmap segment table entry to page table. */
501                 *segment_ptr = pmd_val(*pmd) & PAGE_MASK;
502                 rmap = NULL;
503         }
504         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
505         kfree(rmap);
506         return 0;
507 }
508
509 static void gmap_disconnect_pgtable(struct mm_struct *mm, unsigned long *table)
510 {
511         struct gmap_rmap *rmap, *next;
512         struct gmap_pgtable *mp;
513         struct page *page;
514         int flush;
515
516         flush = 0;
517         spin_lock(&mm->page_table_lock);
518         page = pfn_to_page(__pa(table) >> PAGE_SHIFT);
519         mp = (struct gmap_pgtable *) page->index;
520         list_for_each_entry_safe(rmap, next, &mp->mapper, list) {
521                 *rmap->entry = mp->vmaddr | (_SEGMENT_ENTRY_INVALID |
522                                              _SEGMENT_ENTRY_PROTECT);
523                 list_del(&rmap->list);
524                 kfree(rmap);
525                 flush = 1;
526         }
527         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
528         if (flush)
529                 __tlb_flush_global();
530 }
531
532 /*
533  * this function is assumed to be called with mmap_sem held
534  */
535 unsigned long __gmap_fault(unsigned long address, struct gmap *gmap)
536 {
537         unsigned long *segment_ptr, segment;
538         struct gmap_pgtable *mp;
539         struct page *page;
540         int rc;
541
542         current->thread.gmap_addr = address;
543         segment_ptr = gmap_table_walk(address, gmap);
544         if (IS_ERR(segment_ptr))
545                 return -EFAULT;
546         /* Convert the gmap address to an mm address. */
547         while (1) {
548                 segment = *segment_ptr;
549                 if (!(segment & _SEGMENT_ENTRY_INVALID)) {
550                         /* Page table is present */
551                         page = pfn_to_page(segment >> PAGE_SHIFT);
552                         mp = (struct gmap_pgtable *) page->index;
553                         return mp->vmaddr | (address & ~PMD_MASK);
554                 }
555                 if (!(segment & _SEGMENT_ENTRY_PROTECT))
556                         /* Nothing mapped in the gmap address space. */
557                         break;
558                 rc = gmap_connect_pgtable(address, segment, segment_ptr, gmap);
559                 if (rc)
560                         return rc;
561         }
562         return -EFAULT;
563 }
564
565 unsigned long gmap_fault(unsigned long address, struct gmap *gmap)
566 {
567         unsigned long rc;
568
569         down_read(&gmap->mm->mmap_sem);
570         rc = __gmap_fault(address, gmap);
571         up_read(&gmap->mm->mmap_sem);
572
573         return rc;
574 }
575 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_fault);
576
577 void gmap_discard(unsigned long from, unsigned long to, struct gmap *gmap)
578 {
579
580         unsigned long *table, address, size;
581         struct vm_area_struct *vma;
582         struct gmap_pgtable *mp;
583         struct page *page;
584
585         down_read(&gmap->mm->mmap_sem);
586         address = from;
587         while (address < to) {
588                 /* Walk the gmap address space page table */
589                 table = gmap->table + ((address >> 53) & 0x7ff);
590                 if (unlikely(*table & _REGION_ENTRY_INVALID)) {
591                         address = (address + PMD_SIZE) & PMD_MASK;
592                         continue;
593                 }
594                 table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
595                 table = table + ((address >> 42) & 0x7ff);
596                 if (unlikely(*table & _REGION_ENTRY_INVALID)) {
597                         address = (address + PMD_SIZE) & PMD_MASK;
598                         continue;
599                 }
600                 table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
601                 table = table + ((address >> 31) & 0x7ff);
602                 if (unlikely(*table & _REGION_ENTRY_INVALID)) {
603                         address = (address + PMD_SIZE) & PMD_MASK;
604                         continue;
605                 }
606                 table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
607                 table = table + ((address >> 20) & 0x7ff);
608                 if (unlikely(*table & _SEGMENT_ENTRY_INVALID)) {
609                         address = (address + PMD_SIZE) & PMD_MASK;
610                         continue;
611                 }
612                 page = pfn_to_page(*table >> PAGE_SHIFT);
613                 mp = (struct gmap_pgtable *) page->index;
614                 vma = find_vma(gmap->mm, mp->vmaddr);
615                 size = min(to - address, PMD_SIZE - (address & ~PMD_MASK));
616                 zap_page_range(vma, mp->vmaddr | (address & ~PMD_MASK),
617                                size, NULL);
618                 address = (address + PMD_SIZE) & PMD_MASK;
619         }
620         up_read(&gmap->mm->mmap_sem);
621 }
622 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_discard);
623
624 static LIST_HEAD(gmap_notifier_list);
625 static DEFINE_SPINLOCK(gmap_notifier_lock);
626
627 /**
628  * gmap_register_ipte_notifier - register a pte invalidation callback
629  * @nb: pointer to the gmap notifier block
630  */
631 void gmap_register_ipte_notifier(struct gmap_notifier *nb)
632 {
633         spin_lock(&gmap_notifier_lock);
634         list_add(&nb->list, &gmap_notifier_list);
635         spin_unlock(&gmap_notifier_lock);
636 }
637 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_register_ipte_notifier);
638
639 /**
640  * gmap_unregister_ipte_notifier - remove a pte invalidation callback
641  * @nb: pointer to the gmap notifier block
642  */
643 void gmap_unregister_ipte_notifier(struct gmap_notifier *nb)
644 {
645         spin_lock(&gmap_notifier_lock);
646         list_del_init(&nb->list);
647         spin_unlock(&gmap_notifier_lock);
648 }
649 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_unregister_ipte_notifier);
650
651 /**
652  * gmap_ipte_notify - mark a range of ptes for invalidation notification
653  * @gmap: pointer to guest mapping meta data structure
654  * @address: virtual address in the guest address space
655  * @len: size of area
656  *
657  * Returns 0 if for each page in the given range a gmap mapping exists and
658  * the invalidation notification could be set. If the gmap mapping is missing
659  * for one or more pages -EFAULT is returned. If no memory could be allocated
660  * -ENOMEM is returned. This function establishes missing page table entries.
661  */
662 int gmap_ipte_notify(struct gmap *gmap, unsigned long start, unsigned long len)
663 {
664         unsigned long addr;
665         spinlock_t *ptl;
666         pte_t *ptep, entry;
667         pgste_t pgste;
668         int rc = 0;
669
670         if ((start & ~PAGE_MASK) || (len & ~PAGE_MASK))
671                 return -EINVAL;
672         down_read(&gmap->mm->mmap_sem);
673         while (len) {
674                 /* Convert gmap address and connect the page tables */
675                 addr = __gmap_fault(start, gmap);
676                 if (IS_ERR_VALUE(addr)) {
677                         rc = addr;
678                         break;
679                 }
680                 /* Get the page mapped */
681                 if (fixup_user_fault(current, gmap->mm, addr, FAULT_FLAG_WRITE)) {
682                         rc = -EFAULT;
683                         break;
684                 }
685                 /* Walk the process page table, lock and get pte pointer */
686                 ptep = get_locked_pte(gmap->mm, addr, &ptl);
687                 if (unlikely(!ptep))
688                         continue;
689                 /* Set notification bit in the pgste of the pte */
690                 entry = *ptep;
691                 if ((pte_val(entry) & (_PAGE_INVALID | _PAGE_PROTECT)) == 0) {
692                         pgste = pgste_get_lock(ptep);
693                         pgste_val(pgste) |= PGSTE_IN_BIT;
694                         pgste_set_unlock(ptep, pgste);
695                         start += PAGE_SIZE;
696                         len -= PAGE_SIZE;
697                 }
698                 spin_unlock(ptl);
699         }
700         up_read(&gmap->mm->mmap_sem);
701         return rc;
702 }
703 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_ipte_notify);
704
705 /**
706  * gmap_do_ipte_notify - call all invalidation callbacks for a specific pte.
707  * @mm: pointer to the process mm_struct
708  * @addr: virtual address in the process address space
709  * @pte: pointer to the page table entry
710  *
711  * This function is assumed to be called with the page table lock held
712  * for the pte to notify.
713  */
714 void gmap_do_ipte_notify(struct mm_struct *mm, unsigned long addr, pte_t *pte)
715 {
716         unsigned long segment_offset;
717         struct gmap_notifier *nb;
718         struct gmap_pgtable *mp;
719         struct gmap_rmap *rmap;
720         struct page *page;
721
722         segment_offset = ((unsigned long) pte) & (255 * sizeof(pte_t));
723         segment_offset = segment_offset * (4096 / sizeof(pte_t));
724         page = pfn_to_page(__pa(pte) >> PAGE_SHIFT);
725         mp = (struct gmap_pgtable *) page->index;
726         spin_lock(&gmap_notifier_lock);
727         list_for_each_entry(rmap, &mp->mapper, list) {
728                 list_for_each_entry(nb, &gmap_notifier_list, list)
729                         nb->notifier_call(rmap->gmap,
730                                           rmap->vmaddr + segment_offset);
731         }
732         spin_unlock(&gmap_notifier_lock);
733 }
734
735 static inline unsigned long *page_table_alloc_pgste(struct mm_struct *mm,
736                                                     unsigned long vmaddr)
737 {
738         struct page *page;
739         unsigned long *table;
740         struct gmap_pgtable *mp;
741
742         page = alloc_page(GFP_KERNEL|__GFP_REPEAT);
743         if (!page)
744                 return NULL;
745         mp = kmalloc(sizeof(*mp), GFP_KERNEL|__GFP_REPEAT);
746         if (!mp) {
747                 __free_page(page);
748                 return NULL;
749         }
750         pgtable_page_ctor(page);
751         mp->vmaddr = vmaddr & PMD_MASK;
752         INIT_LIST_HEAD(&mp->mapper);
753         page->index = (unsigned long) mp;
754         atomic_set(&page->_mapcount, 3);
755         table = (unsigned long *) page_to_phys(page);
756         clear_table(table, _PAGE_INVALID, PAGE_SIZE/2);
757         clear_table(table + PTRS_PER_PTE, 0, PAGE_SIZE/2);
758         return table;
759 }
760
761 static inline void page_table_free_pgste(unsigned long *table)
762 {
763         struct page *page;
764         struct gmap_pgtable *mp;
765
766         page = pfn_to_page(__pa(table) >> PAGE_SHIFT);
767         mp = (struct gmap_pgtable *) page->index;
768         BUG_ON(!list_empty(&mp->mapper));
769         pgtable_page_dtor(page);
770         atomic_set(&page->_mapcount, -1);
771         kfree(mp);
772         __free_page(page);
773 }
774
775 int set_guest_storage_key(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
776                           unsigned long key, bool nq)
777 {
778         spinlock_t *ptl;
779         pgste_t old, new;
780         pte_t *ptep;
781
782         down_read(&mm->mmap_sem);
783         ptep = get_locked_pte(current->mm, addr, &ptl);
784         if (unlikely(!ptep)) {
785                 up_read(&mm->mmap_sem);
786                 return -EFAULT;
787         }
788
789         new = old = pgste_get_lock(ptep);
790         pgste_val(new) &= ~(PGSTE_GR_BIT | PGSTE_GC_BIT |
791                             PGSTE_ACC_BITS | PGSTE_FP_BIT);
792         pgste_val(new) |= (key & (_PAGE_CHANGED | _PAGE_REFERENCED)) << 48;
793         pgste_val(new) |= (key & (_PAGE_ACC_BITS | _PAGE_FP_BIT)) << 56;
794         if (!(pte_val(*ptep) & _PAGE_INVALID)) {
795                 unsigned long address, bits;
796                 unsigned char skey;
797
798                 address = pte_val(*ptep) & PAGE_MASK;
799                 skey = page_get_storage_key(address);
800                 bits = skey & (_PAGE_CHANGED | _PAGE_REFERENCED);
801                 /* Set storage key ACC and FP */
802                 page_set_storage_key(address,
803                                 (key & (_PAGE_ACC_BITS | _PAGE_FP_BIT)),
804                                 !nq);
805
806                 /* Merge host changed & referenced into pgste  */
807                 pgste_val(new) |= bits << 52;
808                 /* Transfer skey changed & referenced bit to kvm user bits */
809                 pgste_val(new) |= bits << 45;   /* PGSTE_UR_BIT & PGSTE_UC_BIT */
810         }
811         /* changing the guest storage key is considered a change of the page */
812         if ((pgste_val(new) ^ pgste_val(old)) &
813             (PGSTE_ACC_BITS | PGSTE_FP_BIT | PGSTE_GR_BIT | PGSTE_GC_BIT))
814                 pgste_val(new) |= PGSTE_UC_BIT;
815
816         pgste_set_unlock(ptep, new);
817         pte_unmap_unlock(*ptep, ptl);
818         up_read(&mm->mmap_sem);
819         return 0;
820 }
821 EXPORT_SYMBOL(set_guest_storage_key);
822
823 #else /* CONFIG_PGSTE */
824
825 static inline unsigned long *page_table_alloc_pgste(struct mm_struct *mm,
826                                                     unsigned long vmaddr)
827 {
828         return NULL;
829 }
830
831 static inline void page_table_free_pgste(unsigned long *table)
832 {
833 }
834
835 static inline void gmap_disconnect_pgtable(struct mm_struct *mm,
836                                            unsigned long *table)
837 {
838 }
839
840 #endif /* CONFIG_PGSTE */
841
842 static inline unsigned int atomic_xor_bits(atomic_t *v, unsigned int bits)
843 {
844         unsigned int old, new;
845
846         do {
847                 old = atomic_read(v);
848                 new = old ^ bits;
849         } while (atomic_cmpxchg(v, old, new) != old);
850         return new;
851 }
852
853 /*
854  * page table entry allocation/free routines.
855  */
856 unsigned long *page_table_alloc(struct mm_struct *mm, unsigned long vmaddr)
857 {
858         unsigned long *uninitialized_var(table);
859         struct page *uninitialized_var(page);
860         unsigned int mask, bit;
861
862         if (mm_has_pgste(mm))
863                 return page_table_alloc_pgste(mm, vmaddr);
864         /* Allocate fragments of a 4K page as 1K/2K page table */
865         spin_lock_bh(&mm->context.list_lock);
866         mask = FRAG_MASK;
867         if (!list_empty(&mm->context.pgtable_list)) {
868                 page = list_first_entry(&mm->context.pgtable_list,
869                                         struct page, lru);
870                 table = (unsigned long *) page_to_phys(page);
871                 mask = atomic_read(&page->_mapcount);
872                 mask = mask | (mask >> 4);
873         }
874         if ((mask & FRAG_MASK) == FRAG_MASK) {
875                 spin_unlock_bh(&mm->context.list_lock);
876                 page = alloc_page(GFP_KERNEL|__GFP_REPEAT);
877                 if (!page)
878                         return NULL;
879                 pgtable_page_ctor(page);
880                 atomic_set(&page->_mapcount, 1);
881                 table = (unsigned long *) page_to_phys(page);
882                 clear_table(table, _PAGE_INVALID, PAGE_SIZE);
883                 spin_lock_bh(&mm->context.list_lock);
884                 list_add(&page->lru, &mm->context.pgtable_list);
885         } else {
886                 for (bit = 1; mask & bit; bit <<= 1)
887                         table += PTRS_PER_PTE;
888                 mask = atomic_xor_bits(&page->_mapcount, bit);
889                 if ((mask & FRAG_MASK) == FRAG_MASK)
890                         list_del(&page->lru);
891         }
892         spin_unlock_bh(&mm->context.list_lock);
893         return table;
894 }
895
896 void page_table_free(struct mm_struct *mm, unsigned long *table)
897 {
898         struct page *page;
899         unsigned int bit, mask;
900
901         if (mm_has_pgste(mm)) {
902                 gmap_disconnect_pgtable(mm, table);
903                 return page_table_free_pgste(table);
904         }
905         /* Free 1K/2K page table fragment of a 4K page */
906         page = pfn_to_page(__pa(table) >> PAGE_SHIFT);
907         bit = 1 << ((__pa(table) & ~PAGE_MASK)/(PTRS_PER_PTE*sizeof(pte_t)));
908         spin_lock_bh(&mm->context.list_lock);
909         if ((atomic_read(&page->_mapcount) & FRAG_MASK) != FRAG_MASK)
910                 list_del(&page->lru);
911         mask = atomic_xor_bits(&page->_mapcount, bit);
912         if (mask & FRAG_MASK)
913                 list_add(&page->lru, &mm->context.pgtable_list);
914         spin_unlock_bh(&mm->context.list_lock);
915         if (mask == 0) {
916                 pgtable_page_dtor(page);
917                 atomic_set(&page->_mapcount, -1);
918                 __free_page(page);
919         }
920 }
921
922 static void __page_table_free_rcu(void *table, unsigned bit)
923 {
924         struct page *page;
925
926         if (bit == FRAG_MASK)
927                 return page_table_free_pgste(table);
928         /* Free 1K/2K page table fragment of a 4K page */
929         page = pfn_to_page(__pa(table) >> PAGE_SHIFT);
930         if (atomic_xor_bits(&page->_mapcount, bit) == 0) {
931                 pgtable_page_dtor(page);
932                 atomic_set(&page->_mapcount, -1);
933                 __free_page(page);
934         }
935 }
936
937 void page_table_free_rcu(struct mmu_gather *tlb, unsigned long *table)
938 {
939         struct mm_struct *mm;
940         struct page *page;
941         unsigned int bit, mask;
942
943         mm = tlb->mm;
944         if (mm_has_pgste(mm)) {
945                 gmap_disconnect_pgtable(mm, table);
946                 table = (unsigned long *) (__pa(table) | FRAG_MASK);
947                 tlb_remove_table(tlb, table);
948                 return;
949         }
950         bit = 1 << ((__pa(table) & ~PAGE_MASK) / (PTRS_PER_PTE*sizeof(pte_t)));
951         page = pfn_to_page(__pa(table) >> PAGE_SHIFT);
952         spin_lock_bh(&mm->context.list_lock);
953         if ((atomic_read(&page->_mapcount) & FRAG_MASK) != FRAG_MASK)
954                 list_del(&page->lru);
955         mask = atomic_xor_bits(&page->_mapcount, bit | (bit << 4));
956         if (mask & FRAG_MASK)
957                 list_add_tail(&page->lru, &mm->context.pgtable_list);
958         spin_unlock_bh(&mm->context.list_lock);
959         table = (unsigned long *) (__pa(table) | (bit << 4));
960         tlb_remove_table(tlb, table);
961 }
962
963 void __tlb_remove_table(void *_table)
964 {
965         const unsigned long mask = (FRAG_MASK << 4) | FRAG_MASK;
966         void *table = (void *)((unsigned long) _table & ~mask);
967         unsigned type = (unsigned long) _table & mask;
968
969         if (type)
970                 __page_table_free_rcu(table, type);
971         else
972                 free_pages((unsigned long) table, ALLOC_ORDER);
973 }
974
975 static void tlb_remove_table_smp_sync(void *arg)
976 {
977         /* Simply deliver the interrupt */
978 }
979
980 static void tlb_remove_table_one(void *table)
981 {
982         /*
983          * This isn't an RCU grace period and hence the page-tables cannot be
984          * assumed to be actually RCU-freed.
985          *
986          * It is however sufficient for software page-table walkers that rely
987          * on IRQ disabling. See the comment near struct mmu_table_batch.
988          */
989         smp_call_function(tlb_remove_table_smp_sync, NULL, 1);
990         __tlb_remove_table(table);
991 }
992
993 static void tlb_remove_table_rcu(struct rcu_head *head)
994 {
995         struct mmu_table_batch *batch;
996         int i;
997
998         batch = container_of(head, struct mmu_table_batch, rcu);
999
1000         for (i = 0; i < batch->nr; i++)
1001                 __tlb_remove_table(batch->tables[i]);
1002
1003         free_page((unsigned long)batch);
1004 }
1005
1006 void tlb_table_flush(struct mmu_gather *tlb)
1007 {
1008         struct mmu_table_batch **batch = &tlb->batch;
1009
1010         if (*batch) {
1011                 __tlb_flush_mm(tlb->mm);
1012                 call_rcu_sched(&(*batch)->rcu, tlb_remove_table_rcu);
1013                 *batch = NULL;
1014         }
1015 }
1016
1017 void tlb_remove_table(struct mmu_gather *tlb, void *table)
1018 {
1019         struct mmu_table_batch **batch = &tlb->batch;
1020
1021         if (*batch == NULL) {
1022                 *batch = (struct mmu_table_batch *)
1023                         __get_free_page(GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN);
1024                 if (*batch == NULL) {
1025                         __tlb_flush_mm(tlb->mm);
1026                         tlb_remove_table_one(table);
1027                         return;
1028                 }
1029                 (*batch)->nr = 0;
1030         }
1031         (*batch)->tables[(*batch)->nr++] = table;
1032         if ((*batch)->nr == MAX_TABLE_BATCH)
1033                 tlb_table_flush(tlb);
1034 }
1035
1036 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1037 void thp_split_vma(struct vm_area_struct *vma)
1038 {
1039         unsigned long addr;
1040         struct page *page;
1041
1042         for (addr = vma->vm_start; addr < vma->vm_end; addr += PAGE_SIZE) {
1043                 page = follow_page(vma, addr, FOLL_SPLIT);
1044         }
1045 }
1046
1047 void thp_split_mm(struct mm_struct *mm)
1048 {
1049         struct vm_area_struct *vma = mm->mmap;
1050
1051         while (vma != NULL) {
1052                 thp_split_vma(vma);
1053                 vma->vm_flags &= ~VM_HUGEPAGE;
1054                 vma->vm_flags |= VM_NOHUGEPAGE;
1055                 vma = vma->vm_next;
1056         }
1057 }
1058 #endif /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
1059
1060 /*
1061  * switch on pgstes for its userspace process (for kvm)
1062  */
1063 int s390_enable_sie(void)
1064 {
1065         struct task_struct *tsk = current;
1066         struct mm_struct *mm, *old_mm;
1067
1068         /* Do we have switched amode? If no, we cannot do sie */
1069         if (s390_user_mode == HOME_SPACE_MODE)
1070                 return -EINVAL;
1071
1072         /* Do we have pgstes? if yes, we are done */
1073         if (mm_has_pgste(tsk->mm))
1074                 return 0;
1075
1076         /* lets check if we are allowed to replace the mm */
1077         task_lock(tsk);
1078         if (!tsk->mm || atomic_read(&tsk->mm->mm_users) > 1 ||
1079 #ifdef CONFIG_AIO
1080             !hlist_empty(&tsk->mm->ioctx_list) ||
1081 #endif
1082             tsk->mm != tsk->active_mm) {
1083                 task_unlock(tsk);
1084                 return -EINVAL;
1085         }
1086         task_unlock(tsk);
1087
1088         /* we copy the mm and let dup_mm create the page tables with_pgstes */
1089         tsk->mm->context.alloc_pgste = 1;
1090         /* make sure that both mms have a correct rss state */
1091         sync_mm_rss(tsk->mm);
1092         mm = dup_mm(tsk);
1093         tsk->mm->context.alloc_pgste = 0;
1094         if (!mm)
1095                 return -ENOMEM;
1096
1097 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1098         /* split thp mappings and disable thp for future mappings */
1099         thp_split_mm(mm);
1100         mm->def_flags |= VM_NOHUGEPAGE;
1101 #endif
1102
1103         /* Now lets check again if something happened */
1104         task_lock(tsk);
1105         if (!tsk->mm || atomic_read(&tsk->mm->mm_users) > 1 ||
1106 #ifdef CONFIG_AIO
1107             !hlist_empty(&tsk->mm->ioctx_list) ||
1108 #endif
1109             tsk->mm != tsk->active_mm) {
1110                 mmput(mm);
1111                 task_unlock(tsk);
1112                 return -EINVAL;
1113         }
1114
1115         /* ok, we are alone. No ptrace, no threads, etc. */
1116         old_mm = tsk->mm;
1117         tsk->mm = tsk->active_mm = mm;
1118         preempt_disable();
1119         update_mm(mm, tsk);
1120         atomic_inc(&mm->context.attach_count);
1121         atomic_dec(&old_mm->context.attach_count);
1122         cpumask_set_cpu(smp_processor_id(), mm_cpumask(mm));
1123         preempt_enable();
1124         task_unlock(tsk);
1125         mmput(old_mm);
1126         return 0;
1127 }
1128 EXPORT_SYMBOL_GPL(s390_enable_sie);
1129
1130 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1131 int pmdp_clear_flush_young(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
1132                            pmd_t *pmdp)
1133 {
1134         VM_BUG_ON(address & ~HPAGE_PMD_MASK);
1135         /* No need to flush TLB
1136          * On s390 reference bits are in storage key and never in TLB */
1137         return pmdp_test_and_clear_young(vma, address, pmdp);
1138 }
1139
1140 int pmdp_set_access_flags(struct vm_area_struct *vma,
1141                           unsigned long address, pmd_t *pmdp,
1142                           pmd_t entry, int dirty)
1143 {
1144         VM_BUG_ON(address & ~HPAGE_PMD_MASK);
1145
1146         if (pmd_same(*pmdp, entry))
1147                 return 0;
1148         pmdp_invalidate(vma, address, pmdp);
1149         set_pmd_at(vma->vm_mm, address, pmdp, entry);
1150         return 1;
1151 }
1152
1153 static void pmdp_splitting_flush_sync(void *arg)
1154 {
1155         /* Simply deliver the interrupt */
1156 }
1157
1158 void pmdp_splitting_flush(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
1159                           pmd_t *pmdp)
1160 {
1161         VM_BUG_ON(address & ~HPAGE_PMD_MASK);
1162         if (!test_and_set_bit(_SEGMENT_ENTRY_SPLIT_BIT,
1163                               (unsigned long *) pmdp)) {
1164                 /* need to serialize against gup-fast (IRQ disabled) */
1165                 smp_call_function(pmdp_splitting_flush_sync, NULL, 1);
1166         }
1167 }
1168
1169 void pgtable_trans_huge_deposit(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmdp,
1170                                 pgtable_t pgtable)
1171 {
1172         struct list_head *lh = (struct list_head *) pgtable;
1173
1174         assert_spin_locked(&mm->page_table_lock);
1175
1176         /* FIFO */
1177         if (!mm->pmd_huge_pte)
1178                 INIT_LIST_HEAD(lh);
1179         else
1180                 list_add(lh, (struct list_head *) mm->pmd_huge_pte);
1181         mm->pmd_huge_pte = pgtable;
1182 }
1183
1184 pgtable_t pgtable_trans_huge_withdraw(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmdp)
1185 {
1186         struct list_head *lh;
1187         pgtable_t pgtable;
1188         pte_t *ptep;
1189
1190         assert_spin_locked(&mm->page_table_lock);
1191
1192         /* FIFO */
1193         pgtable = mm->pmd_huge_pte;
1194         lh = (struct list_head *) pgtable;
1195         if (list_empty(lh))
1196                 mm->pmd_huge_pte = NULL;
1197         else {
1198                 mm->pmd_huge_pte = (pgtable_t) lh->next;
1199                 list_del(lh);
1200         }
1201         ptep = (pte_t *) pgtable;
1202         pte_val(*ptep) = _PAGE_INVALID;
1203         ptep++;
1204         pte_val(*ptep) = _PAGE_INVALID;
1205         return pgtable;
1206 }
1207 #endif /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */