arch/x86/mm/pat.c

   1 /*
   2  * Handle caching attributes in page tables (PAT)
   3  *
   4  * Authors: Venkatesh Pallipadi <venkatesh.pallipadi@intel.com>
   5  *          Suresh B Siddha <suresh.b.siddha@intel.com>
   6  *
   7  * Loosely based on earlier PAT patchset from Eric Biederman and Andi Kleen.
   8  */
   9
  10 #include <linux/seq_file.h>
  11 #include <linux/bootmem.h>
  12 #include <linux/debugfs.h>
  13 #include <linux/kernel.h>
  14 #include <linux/module.h>
  15 #include <linux/gfp.h>
  16 #include <linux/mm.h>
  17 #include <linux/fs.h>
  18 #include <linux/rbtree.h>
  19
  20 #include <asm/cacheflush.h>
  21 #include <asm/processor.h>
  22 #include <asm/tlbflush.h>
  23 #include <asm/pgtable.h>
  24 #include <asm/fcntl.h>
  25 #include <asm/e820.h>
  26 #include <asm/mtrr.h>
  27 #include <asm/page.h>
  28 #include <asm/msr.h>
  29 #include <asm/pat.h>
  30 #include <asm/io.h>
  31
  32 #ifdef CONFIG_X86_PAT
  33 int __read_mostly pat_enabled = 1;
  34
  35 static inline void pat_disable(const char *reason)
  36 {
  37         pat_enabled = 0;
  38         printk(KERN_INFO "%s\n", reason);
  39 }
  40
  41 static int __init nopat(char *str)
  42 {
  43         pat_disable("PAT support disabled.");
  44         return 0;
  45 }
  46 early_param("nopat", nopat);
  47 #else
  48 static inline void pat_disable(const char *reason)
  49 {
  50         (void)reason;
  51 }
  52 #endif
  53
  54
  55 static int debug_enable;
  56
  57 static int __init pat_debug_setup(char *str)
  58 {
  59         debug_enable = 1;
  60         return 0;
  61 }
  62 __setup("debugpat", pat_debug_setup);
  63
  64 #define dprintk(fmt, arg...) \
  65         do { if (debug_enable) printk(KERN_INFO fmt, ##arg); } while (0)
  66
  67
  68 static u64 __read_mostly boot_pat_state;
  69
  70 enum {
  71         PAT_UC = 0,             /* uncached */
  72         PAT_WC = 1,             /* Write combining */
  73         PAT_WT = 4,             /* Write Through */
  74         PAT_WP = 5,             /* Write Protected */
  75         PAT_WB = 6,             /* Write Back (default) */
  76         PAT_UC_MINUS = 7,       /* UC, but can be overriden by MTRR */
  77 };
  78
  79 #define PAT(x, y)       ((u64)PAT_ ## y << ((x)*8))
  80
  81 void pat_init(void)
  82 {
  83         u64 pat;
  84
  85         if (!pat_enabled)
  86                 return;
  87
  88         if (!cpu_has_pat) {
  89                 if (!boot_pat_state) {
  90                         pat_disable("PAT not supported by CPU.");
  91                         return;
  92                 } else {
  93                         /*
  94                          * If this happens we are on a secondary CPU, but
  95                          * switched to PAT on the boot CPU. We have no way to
  96                          * undo PAT.
  97                          */
  98                         printk(KERN_ERR "PAT enabled, "
  99                                "but not supported by secondary CPU\n");
 100                         BUG();
 101                 }
 102         }
 103
 104         /* Set PWT to Write-Combining. All other bits stay the same */
 105         /*
 106          * PTE encoding used in Linux:
 107          *      PAT
 108          *      |PCD
 109          *      ||PWT
 110          *      |||
 111          *      000 WB          _PAGE_CACHE_WB
 112          *      001 WC          _PAGE_CACHE_WC
 113          *      010 UC-         _PAGE_CACHE_UC_MINUS
 114          *      011 UC          _PAGE_CACHE_UC
 115          * PAT bit unused
 116          */
 117         pat = PAT(0, WB) | PAT(1, WC) | PAT(2, UC_MINUS) | PAT(3, UC) |
 118               PAT(4, WB) | PAT(5, WC) | PAT(6, UC_MINUS) | PAT(7, UC);
 119
 120         /* Boot CPU check */
 121         if (!boot_pat_state)
 122                 rdmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, boot_pat_state);
 123
 124         wrmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
 125         printk(KERN_INFO "x86 PAT enabled: cpu %d, old 0x%Lx, new 0x%Lx\n",
 126                smp_processor_id(), boot_pat_state, pat);
 127 }
 128
 129 #undef PAT
 130
 131 static char *cattr_name(unsigned long flags)
 132 {
 133         switch (flags & _PAGE_CACHE_MASK) {
 134         case _PAGE_CACHE_UC:            return "uncached";
 135         case _PAGE_CACHE_UC_MINUS:      return "uncached-minus";
 136         case _PAGE_CACHE_WB:            return "write-back";
 137         case _PAGE_CACHE_WC:            return "write-combining";
 138         default:                        return "broken";
 139         }
 140 }
 141
 142 /*
 143  * The global memtype list keeps track of memory type for specific
 144  * physical memory areas. Conflicting memory types in different
 145  * mappings can cause CPU cache corruption. To avoid this we keep track.
 146  *
 147  * The list is sorted based on starting address and can contain multiple
 148  * entries for each address (this allows reference counting for overlapping
 149  * areas). All the aliases have the same cache attributes of course.
 150  * Zero attributes are represented as holes.
 151  *
 152  * The data structure is a list that is also organized as an rbtree
 153  * sorted on the start address of memtype range.
 154  *
 155  * memtype_lock protects both the linear list and rbtree.
 156  */
 157
 158 struct memtype {
 159         u64                     start;
 160         u64                     end;
 161         unsigned long           type;
 162         struct list_head        nd;
 163         struct rb_node          rb;
 164 };
 165
 166 static struct rb_root memtype_rbroot = RB_ROOT;
 167 static LIST_HEAD(memtype_list);
 168 static DEFINE_SPINLOCK(memtype_lock);   /* protects memtype list */
 169
 170 static struct memtype *memtype_rb_search(struct rb_root *root, u64 start)
 171 {
 172         struct rb_node *node = root->rb_node;
 173         struct memtype *last_lower = NULL;
 174
 175         while (node) {
 176                 struct memtype *data = container_of(node, struct memtype, rb);
 177
 178                 if (data->start < start) {
 179                         last_lower = data;
 180                         node = node->rb_right;
 181                 } else if (data->start > start) {
 182                         node = node->rb_left;
 183                 } else
 184                         return data;
 185         }
 186
 187         /* Will return NULL if there is no entry with its start <= start */
 188         return last_lower;
 189 }
 190
 191 static void memtype_rb_insert(struct rb_root *root, struct memtype *data)
 192 {
 193         struct rb_node **new = &(root->rb_node);
 194         struct rb_node *parent = NULL;
 195
 196         while (*new) {
 197                 struct memtype *this = container_of(*new, struct memtype, rb);
 198
 199                 parent = *new;
 200                 if (data->start <= this->start)
 201                         new = &((*new)->rb_left);
 202                 else if (data->start > this->start)
 203                         new = &((*new)->rb_right);
 204         }
 205
 206         rb_link_node(&data->rb, parent, new);
 207         rb_insert_color(&data->rb, root);
 208 }
 209
 210 /*
 211  * Does intersection of PAT memory type and MTRR memory type and returns
 212  * the resulting memory type as PAT understands it.
 213  * (Type in pat and mtrr will not have same value)
 214  * The intersection is based on "Effective Memory Type" tables in IA-32
 215  * SDM vol 3a
 216  */
 217 static unsigned long pat_x_mtrr_type(u64 start, u64 end, unsigned long req_type)
 218 {
 219         /*
 220          * Look for MTRR hint to get the effective type in case where PAT
 221          * request is for WB.
 222          */
 223         if (req_type == _PAGE_CACHE_WB) {
 224                 u8 mtrr_type;
 225
 226                 mtrr_type = mtrr_type_lookup(start, end);
 227                 if (mtrr_type != MTRR_TYPE_WRBACK)
 228                         return _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 229
 230                 return _PAGE_CACHE_WB;
 231         }
 232
 233         return req_type;
 234 }
 235
 236 static int
 237 chk_conflict(struct memtype *new, struct memtype *entry, unsigned long *type)
 238 {
 239         if (new->type != entry->type) {
 240                 if (type) {
 241                         new->type = entry->type;
 242                         *type = entry->type;
 243                 } else
 244                         goto conflict;
 245         }
 246
 247          /* check overlaps with more than one entry in the list */
 248         list_for_each_entry_continue(entry, &memtype_list, nd) {
 249                 if (new->end <= entry->start)
 250                         break;
 251                 else if (new->type != entry->type)
 252                         goto conflict;
 253         }
 254         return 0;
 255
 256  conflict:
 257         printk(KERN_INFO "%s:%d conflicting memory types "
 258                "%Lx-%Lx %s<->%s\n", current->comm, current->pid, new->start,
 259                new->end, cattr_name(new->type), cattr_name(entry->type));
 260         return -EBUSY;
 261 }
 262
 263 static int pat_pagerange_is_ram(unsigned long start, unsigned long end)
 264 {
 265         int ram_page = 0, not_rampage = 0;
 266         unsigned long page_nr;
 267
 268         for (page_nr = (start >> PAGE_SHIFT); page_nr < (end >> PAGE_SHIFT);
 269              ++page_nr) {
 270                 /*
 271                  * For legacy reasons, physical address range in the legacy ISA
 272                  * region is tracked as non-RAM. This will allow users of
 273                  * /dev/mem to map portions of legacy ISA region, even when
 274                  * some of those portions are listed(or not even listed) with
 275                  * different e820 types(RAM/reserved/..)
 276                  */
 277                 if (page_nr >= (ISA_END_ADDRESS >> PAGE_SHIFT) &&
 278                     page_is_ram(page_nr))
 279                         ram_page = 1;
 280                 else
 281                         not_rampage = 1;
 282
 283                 if (ram_page == not_rampage)
 284                         return -1;
 285         }
 286
 287         return ram_page;
 288 }
 289
 290 /*
 291  * For RAM pages, we use page flags to mark the pages with appropriate type.
 292  * Here we do two pass:
 293  * - Find the memtype of all the pages in the range, look for any conflicts
 294  * - In case of no conflicts, set the new memtype for pages in the range
 295  *
 296  * Caller must hold memtype_lock for atomicity.
 297  */
 298 static int reserve_ram_pages_type(u64 start, u64 end, unsigned long req_type,
 299                                   unsigned long *new_type)
 300 {
 301         struct page *page;
 302         u64 pfn;
 303
 304         if (req_type == _PAGE_CACHE_UC) {
 305                 /* We do not support strong UC */
 306                 WARN_ON_ONCE(1);
 307                 req_type = _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 308         }
 309
 310         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
 311                 unsigned long type;
 312
 313                 page = pfn_to_page(pfn);
 314                 type = get_page_memtype(page);
 315                 if (type != -1) {
 316                         printk(KERN_INFO "reserve_ram_pages_type failed "
 317                                 "0x%Lx-0x%Lx, track 0x%lx, req 0x%lx\n",
 318                                 start, end, type, req_type);
 319                         if (new_type)
 320                                 *new_type = type;
 321
 322                         return -EBUSY;
 323                 }
 324         }
 325
 326         if (new_type)
 327                 *new_type = req_type;
 328
 329         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
 330                 page = pfn_to_page(pfn);
 331                 set_page_memtype(page, req_type);
 332         }
 333         return 0;
 334 }
 335
 336 static int free_ram_pages_type(u64 start, u64 end)
 337 {
 338         struct page *page;
 339         u64 pfn;
 340
 341         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
 342                 page = pfn_to_page(pfn);
 343                 set_page_memtype(page, -1);
 344         }
 345         return 0;
 346 }
 347
 348 /*
 349  * req_type typically has one of the:
 350  * - _PAGE_CACHE_WB
 351  * - _PAGE_CACHE_WC
 352  * - _PAGE_CACHE_UC_MINUS
 353  * - _PAGE_CACHE_UC
 354  *
 355  * req_type will have a special case value '-1', when requester want to inherit
 356  * the memory type from mtrr (if WB), existing PAT, defaulting to UC_MINUS.
 357  *
 358  * If new_type is NULL, function will return an error if it cannot reserve the
 359  * region with req_type. If new_type is non-NULL, function will return
 360  * available type in new_type in case of no error. In case of any error
 361  * it will return a negative return value.
 362  */
 363 int reserve_memtype(u64 start, u64 end, unsigned long req_type,
 364                     unsigned long *new_type)
 365 {
 366         struct memtype *new, *entry;
 367         unsigned long actual_type;
 368         struct list_head *where;
 369         int is_range_ram;
 370         int err = 0;
 371
 372         BUG_ON(start >= end); /* end is exclusive */
 373
 374         if (!pat_enabled) {
 375                 /* This is identical to page table setting without PAT */
 376                 if (new_type) {
 377                         if (req_type == -1)
 378                                 *new_type = _PAGE_CACHE_WB;
 379                         else if (req_type == _PAGE_CACHE_WC)
 380                                 *new_type = _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 381                         else
 382                                 *new_type = req_type & _PAGE_CACHE_MASK;
 383                 }
 384                 return 0;
 385         }
 386
 387         /* Low ISA region is always mapped WB in page table. No need to track */
 388         if (is_ISA_range(start, end - 1)) {
 389                 if (new_type)
 390                         *new_type = _PAGE_CACHE_WB;
 391                 return 0;
 392         }
 393
 394         /*
 395          * Call mtrr_lookup to get the type hint. This is an
 396          * optimization for /dev/mem mmap'ers into WB memory (BIOS
 397          * tools and ACPI tools). Use WB request for WB memory and use
 398          * UC_MINUS otherwise.
 399          */
 400         actual_type = pat_x_mtrr_type(start, end, req_type & _PAGE_CACHE_MASK);
 401
 402         if (new_type)
 403                 *new_type = actual_type;
 404
 405         is_range_ram = pat_pagerange_is_ram(start, end);
 406         if (is_range_ram == 1) {
 407
 408                 spin_lock(&memtype_lock);
 409                 err = reserve_ram_pages_type(start, end, req_type, new_type);
 410                 spin_unlock(&memtype_lock);
 411
 412                 return err;
 413         } else if (is_range_ram < 0) {
 414                 return -EINVAL;
 415         }
 416
 417         new  = kmalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
 418         if (!new)
 419                 return -ENOMEM;
 420
 421         new->start      = start;
 422         new->end        = end;
 423         new->type       = actual_type;
 424
 425         spin_lock(&memtype_lock);
 426
 427         entry = memtype_rb_search(&memtype_rbroot, new->start);
 428         if (likely(entry != NULL)) {
 429                 /* To work correctly with list_for_each_entry_continue */
 430                 entry = list_entry(entry->nd.prev, struct memtype, nd);
 431         } else {
 432                 entry = list_entry(&memtype_list, struct memtype, nd);
 433         }
 434
 435         /* Search for existing mapping that overlaps the current range */
 436         where = NULL;
 437         list_for_each_entry_continue(entry, &memtype_list, nd) {
 438                 if (end <= entry->start) {
 439                         where = entry->nd.prev;
 440                         break;
 441                 } else if (start <= entry->start) { /* end > entry->start */
 442                         err = chk_conflict(new, entry, new_type);
 443                         if (!err) {
 444                                 dprintk("Overlap at 0x%Lx-0x%Lx\n",
 445                                         entry->start, entry->end);
 446                                 where = entry->nd.prev;
 447                         }
 448                         break;
 449                 } else if (start < entry->end) { /* start > entry->start */
 450                         err = chk_conflict(new, entry, new_type);
 451                         if (!err) {
 452                                 dprintk("Overlap at 0x%Lx-0x%Lx\n",
 453                                         entry->start, entry->end);
 454
 455                                 /*
 456                                  * Move to right position in the linked
 457                                  * list to add this new entry
 458                                  */
 459                                 list_for_each_entry_continue(entry,
 460                                                         &memtype_list, nd) {
 461                                         if (start <= entry->start) {
 462                                                 where = entry->nd.prev;
 463                                                 break;
 464                                         }
 465                                 }
 466                         }
 467                         break;
 468                 }
 469         }
 470
 471         if (err) {
 472                 printk(KERN_INFO "reserve_memtype failed 0x%Lx-0x%Lx, "
 473                        "track %s, req %s\n",
 474                        start, end, cattr_name(new->type), cattr_name(req_type));
 475                 kfree(new);
 476                 spin_unlock(&memtype_lock);
 477
 478                 return err;
 479         }
 480
 481         if (where)
 482                 list_add(&new->nd, where);
 483         else
 484                 list_add_tail(&new->nd, &memtype_list);
 485
 486         memtype_rb_insert(&memtype_rbroot, new);
 487
 488         spin_unlock(&memtype_lock);
 489
 490         dprintk("reserve_memtype added 0x%Lx-0x%Lx, track %s, req %s, ret %s\n",
 491                 start, end, cattr_name(new->type), cattr_name(req_type),
 492                 new_type ? cattr_name(*new_type) : "-");
 493
 494         return err;
 495 }
 496
 497 int free_memtype(u64 start, u64 end)
 498 {
 499         struct memtype *entry, *saved_entry;
 500         int err = -EINVAL;
 501         int is_range_ram;
 502
 503         if (!pat_enabled)
 504                 return 0;
 505
 506         /* Low ISA region is always mapped WB. No need to track */
 507         if (is_ISA_range(start, end - 1))
 508                 return 0;
 509
 510         is_range_ram = pat_pagerange_is_ram(start, end);
 511         if (is_range_ram == 1) {
 512
 513                 spin_lock(&memtype_lock);
 514                 err = free_ram_pages_type(start, end);
 515                 spin_unlock(&memtype_lock);
 516
 517                 return err;
 518         } else if (is_range_ram < 0) {
 519                 return -EINVAL;
 520         }
 521
 522         spin_lock(&memtype_lock);
 523
 524         entry = memtype_rb_search(&memtype_rbroot, start);
 525         if (unlikely(entry == NULL))
 526                 goto unlock_ret;
 527
 528         /*
 529          * Saved entry points to an entry with start same or less than what
 530          * we searched for. Now go through the list in both directions to look
 531          * for the entry that matches with both start and end, with list stored
 532          * in sorted start address
 533          */
 534         saved_entry = entry;
 535         list_for_each_entry(entry, &memtype_list, nd) {
 536                 if (entry->start == start && entry->end == end) {
 537                         rb_erase(&entry->rb, &memtype_rbroot);
 538                         list_del(&entry->nd);
 539                         kfree(entry);
 540                         err = 0;
 541                         break;
 542                 } else if (entry->start > start) {
 543                         break;
 544                 }
 545         }
 546
 547         if (!err)
 548                 goto unlock_ret;
 549
 550         entry = saved_entry;
 551         list_for_each_entry_reverse(entry, &memtype_list, nd) {
 552                 if (entry->start == start && entry->end == end) {
 553                         rb_erase(&entry->rb, &memtype_rbroot);
 554                         list_del(&entry->nd);
 555                         kfree(entry);
 556                         err = 0;
 557                         break;
 558                 } else if (entry->start < start) {
 559                         break;
 560                 }
 561         }
 562 unlock_ret:
 563         spin_unlock(&memtype_lock);
 564
 565         if (err) {
 566                 printk(KERN_INFO "%s:%d freeing invalid memtype %Lx-%Lx\n",
 567                         current->comm, current->pid, start, end);
 568         }
 569
 570         dprintk("free_memtype request 0x%Lx-0x%Lx\n", start, end);
 571
 572         return err;
 573 }
 574
 575
 576 /**
 577  * lookup_memtype - Looksup the memory type for a physical address
 578  * @paddr: physical address of which memory type needs to be looked up
 579  *
 580  * Only to be called when PAT is enabled
 581  *
 582  * Returns _PAGE_CACHE_WB, _PAGE_CACHE_WC, _PAGE_CACHE_UC_MINUS or
 583  * _PAGE_CACHE_UC
 584  */
 585 static unsigned long lookup_memtype(u64 paddr)
 586 {
 587         int rettype = _PAGE_CACHE_WB;
 588         struct memtype *entry;
 589
 590         if (is_ISA_range(paddr, paddr + PAGE_SIZE - 1))
 591                 return rettype;
 592
 593         if (pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + PAGE_SIZE)) {
 594                 struct page *page;
 595                 spin_lock(&memtype_lock);
 596                 page = pfn_to_page(paddr >> PAGE_SHIFT);
 597                 rettype = get_page_memtype(page);
 598                 spin_unlock(&memtype_lock);
 599                 /*
 600                  * -1 from get_page_memtype() implies RAM page is in its
 601                  * default state and not reserved, and hence of type WB
 602                  */
 603                 if (rettype == -1)
 604                         rettype = _PAGE_CACHE_WB;
 605
 606                 return rettype;
 607         }
 608
 609         spin_lock(&memtype_lock);
 610
 611         entry = memtype_rb_search(&memtype_rbroot, paddr);
 612         if (entry != NULL)
 613                 rettype = entry->type;
 614         else
 615                 rettype = _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 616
 617         spin_unlock(&memtype_lock);
 618         return rettype;
 619 }
 620
 621 /**
 622  * io_reserve_memtype - Request a memory type mapping for a region of memory
 623  * @start: start (physical address) of the region
 624  * @end: end (physical address) of the region
 625  * @type: A pointer to memtype, with requested type. On success, requested
 626  * or any other compatible type that was available for the region is returned
 627  *
 628  * On success, returns 0
 629  * On failure, returns non-zero
 630  */
 631 int io_reserve_memtype(resource_size_t start, resource_size_t end,
 632                         unsigned long *type)
 633 {
 634         resource_size_t size = end - start;
 635         unsigned long req_type = *type;
 636         unsigned long new_type;
 637         int ret;
 638
 639         WARN_ON_ONCE(iomem_map_sanity_check(start, size));
 640
 641         ret = reserve_memtype(start, end, req_type, &new_type);
 642         if (ret)
 643                 goto out_err;
 644
 645         if (!is_new_memtype_allowed(start, size, req_type, new_type))
 646                 goto out_free;
 647
 648         if (kernel_map_sync_memtype(start, size, new_type) < 0)
 649                 goto out_free;
 650
 651         *type = new_type;
 652         return 0;
 653
 654 out_free:
 655         free_memtype(start, end);
 656         ret = -EBUSY;
 657 out_err:
 658         return ret;
 659 }
 660
 661 /**
 662  * io_free_memtype - Release a memory type mapping for a region of memory
 663  * @start: start (physical address) of the region
 664  * @end: end (physical address) of the region
 665  */
 666 void io_free_memtype(resource_size_t start, resource_size_t end)
 667 {
 668         free_memtype(start, end);
 669 }
 670
 671 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
 672                                 unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
 673 {
 674         return vma_prot;
 675 }
 676
 677 #ifdef CONFIG_STRICT_DEVMEM
 678 /* This check is done in drivers/char/mem.c in case of STRICT_DEVMEM*/
 679 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
 680 {
 681         return 1;
 682 }
 683 #else
 684 /* This check is needed to avoid cache aliasing when PAT is enabled */
 685 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
 686 {
 687         u64 from = ((u64)pfn) << PAGE_SHIFT;
 688         u64 to = from + size;
 689         u64 cursor = from;
 690
 691         if (!pat_enabled)
 692                 return 1;
 693
 694         while (cursor < to) {
 695                 if (!devmem_is_allowed(pfn)) {
 696                         printk(KERN_INFO
 697                 "Program %s tried to access /dev/mem between %Lx->%Lx.\n",
 698                                 current->comm, from, to);
 699                         return 0;
 700                 }
 701                 cursor += PAGE_SIZE;
 702                 pfn++;
 703         }
 704         return 1;
 705 }
 706 #endif /* CONFIG_STRICT_DEVMEM */
 707
 708 int phys_mem_access_prot_allowed(struct file *file, unsigned long pfn,
 709                                 unsigned long size, pgprot_t *vma_prot)
 710 {
 711         unsigned long flags = _PAGE_CACHE_WB;
 712
 713         if (!range_is_allowed(pfn, size))
 714                 return 0;
 715
 716         if (file->f_flags & O_SYNC) {
 717                 flags = _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 718         }
 719
 720 #ifdef CONFIG_X86_32
 721         /*
 722          * On the PPro and successors, the MTRRs are used to set
 723          * memory types for physical addresses outside main memory,
 724          * so blindly setting UC or PWT on those pages is wrong.
 725          * For Pentiums and earlier, the surround logic should disable
 726          * caching for the high addresses through the KEN pin, but
 727          * we maintain the tradition of paranoia in this code.
 728          */
 729         if (!pat_enabled &&
 730             !(boot_cpu_has(X86_FEATURE_MTRR) ||
 731               boot_cpu_has(X86_FEATURE_K6_MTRR) ||
 732               boot_cpu_has(X86_FEATURE_CYRIX_ARR) ||
 733               boot_cpu_has(X86_FEATURE_CENTAUR_MCR)) &&
 734             (pfn << PAGE_SHIFT) >= __pa(high_memory)) {
 735                 flags = _PAGE_CACHE_UC;
 736         }
 737 #endif
 738
 739         *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) & ~_PAGE_CACHE_MASK) |
 740                              flags);
 741         return 1;
 742 }
 743
 744 /*
 745  * Change the memory type for the physial address range in kernel identity
 746  * mapping space if that range is a part of identity map.
 747  */
 748 int kernel_map_sync_memtype(u64 base, unsigned long size, unsigned long flags)
 749 {
 750         unsigned long id_sz;
 751
 752         if (base >= __pa(high_memory))
 753                 return 0;
 754
 755         id_sz = (__pa(high_memory) < base + size) ?
 756                                 __pa(high_memory) - base :
 757                                 size;
 758
 759         if (ioremap_change_attr((unsigned long)__va(base), id_sz, flags) < 0) {
 760                 printk(KERN_INFO
 761                         "%s:%d ioremap_change_attr failed %s "
 762                         "for %Lx-%Lx\n",
 763                         current->comm, current->pid,
 764                         cattr_name(flags),
 765                         base, (unsigned long long)(base + size));
 766                 return -EINVAL;
 767         }
 768         return 0;
 769 }
 770
 771 /*
 772  * Internal interface to reserve a range of physical memory with prot.
 773  * Reserved non RAM regions only and after successful reserve_memtype,
 774  * this func also keeps identity mapping (if any) in sync with this new prot.
 775  */
 776 static int reserve_pfn_range(u64 paddr, unsigned long size, pgprot_t *vma_prot,
 777                                 int strict_prot)
 778 {
 779         int is_ram = 0;
 780         int ret;
 781         unsigned long want_flags = (pgprot_val(*vma_prot) & _PAGE_CACHE_MASK);
 782         unsigned long flags = want_flags;
 783
 784         is_ram = pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + size);
 785
 786         /*
 787          * reserve_pfn_range() for RAM pages. We do not refcount to keep
 788          * track of number of mappings of RAM pages. We can assert that
 789          * the type requested matches the type of first page in the range.
 790          */
 791         if (is_ram) {
 792                 if (!pat_enabled)
 793                         return 0;
 794
 795                 flags = lookup_memtype(paddr);
 796                 if (want_flags != flags) {
 797                         printk(KERN_WARNING
 798                         "%s:%d map pfn RAM range req %s for %Lx-%Lx, got %s\n",
 799                                 current->comm, current->pid,
 800                                 cattr_name(want_flags),
 801                                 (unsigned long long)paddr,
 802                                 (unsigned long long)(paddr + size),
 803                                 cattr_name(flags));
 804                         *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) &
 805                                               (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
 806                                              flags);
 807                 }
 808                 return 0;
 809         }
 810
 811         ret = reserve_memtype(paddr, paddr + size, want_flags, &flags);
 812         if (ret)
 813                 return ret;
 814
 815         if (flags != want_flags) {
 816                 if (strict_prot ||
 817                     !is_new_memtype_allowed(paddr, size, want_flags, flags)) {
 818                         free_memtype(paddr, paddr + size);
 819                         printk(KERN_ERR "%s:%d map pfn expected mapping type %s"
 820                                 " for %Lx-%Lx, got %s\n",
 821                                 current->comm, current->pid,
 822                                 cattr_name(want_flags),
 823                                 (unsigned long long)paddr,
 824                                 (unsigned long long)(paddr + size),
 825                                 cattr_name(flags));
 826                         return -EINVAL;
 827                 }
 828                 /*
 829                  * We allow returning different type than the one requested in
 830                  * non strict case.
 831                  */
 832                 *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) &
 833                                       (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
 834                                      flags);
 835         }
 836
 837         if (kernel_map_sync_memtype(paddr, size, flags) < 0) {
 838                 free_memtype(paddr, paddr + size);
 839                 return -EINVAL;
 840         }
 841         return 0;
 842 }
 843
 844 /*
 845  * Internal interface to free a range of physical memory.
 846  * Frees non RAM regions only.
 847  */
 848 static void free_pfn_range(u64 paddr, unsigned long size)
 849 {
 850         int is_ram;
 851
 852         is_ram = pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + size);
 853         if (is_ram == 0)
 854                 free_memtype(paddr, paddr + size);
 855 }
 856
 857 /*
 858  * track_pfn_vma_copy is called when vma that is covering the pfnmap gets
 859  * copied through copy_page_range().
 860  *
 861  * If the vma has a linear pfn mapping for the entire range, we get the prot
 862  * from pte and reserve the entire vma range with single reserve_pfn_range call.
 863  */
 864 int track_pfn_vma_copy(struct vm_area_struct *vma)
 865 {
 866         resource_size_t paddr;
 867         unsigned long prot;
 868         unsigned long vma_size = vma->vm_end - vma->vm_start;
 869         pgprot_t pgprot;
 870
 871         if (is_linear_pfn_mapping(vma)) {
 872                 /*
 873                  * reserve the whole chunk covered by vma. We need the
 874                  * starting address and protection from pte.
 875                  */
 876                 if (follow_phys(vma, vma->vm_start, 0, &prot, &paddr)) {
 877                         WARN_ON_ONCE(1);
 878                         return -EINVAL;
 879                 }
 880                 pgprot = __pgprot(prot);
 881                 return reserve_pfn_range(paddr, vma_size, &pgprot, 1);
 882         }
 883
 884         return 0;
 885 }
 886
 887 /*
 888  * track_pfn_vma_new is called when a _new_ pfn mapping is being established
 889  * for physical range indicated by pfn and size.
 890  *
 891  * prot is passed in as a parameter for the new mapping. If the vma has a
 892  * linear pfn mapping for the entire range reserve the entire vma range with
 893  * single reserve_pfn_range call.
 894  */
 895 int track_pfn_vma_new(struct vm_area_struct *vma, pgprot_t *prot,
 896                         unsigned long pfn, unsigned long size)
 897 {
 898         unsigned long flags;
 899         resource_size_t paddr;
 900         unsigned long vma_size = vma->vm_end - vma->vm_start;
 901
 902         if (is_linear_pfn_mapping(vma)) {
 903                 /* reserve the whole chunk starting from vm_pgoff */
 904                 paddr = (resource_size_t)vma->vm_pgoff << PAGE_SHIFT;
 905                 return reserve_pfn_range(paddr, vma_size, prot, 0);
 906         }
 907
 908         if (!pat_enabled)
 909                 return 0;
 910
 911         /* for vm_insert_pfn and friends, we set prot based on lookup */
 912         flags = lookup_memtype(pfn << PAGE_SHIFT);
 913         *prot = __pgprot((pgprot_val(vma->vm_page_prot) & (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
 914                          flags);
 915
 916         return 0;
 917 }
 918
 919 /*
 920  * untrack_pfn_vma is called while unmapping a pfnmap for a region.
 921  * untrack can be called for a specific region indicated by pfn and size or
 922  * can be for the entire vma (in which case size can be zero).
 923  */
 924 void untrack_pfn_vma(struct vm_area_struct *vma, unsigned long pfn,
 925                         unsigned long size)
 926 {
 927         resource_size_t paddr;
 928         unsigned long vma_size = vma->vm_end - vma->vm_start;
 929
 930         if (is_linear_pfn_mapping(vma)) {
 931                 /* free the whole chunk starting from vm_pgoff */
 932                 paddr = (resource_size_t)vma->vm_pgoff << PAGE_SHIFT;
 933                 free_pfn_range(paddr, vma_size);
 934                 return;
 935         }
 936 }
 937
 938 pgprot_t pgprot_writecombine(pgprot_t prot)
 939 {
 940         if (pat_enabled)
 941                 return __pgprot(pgprot_val(prot) | _PAGE_CACHE_WC);
 942         else
 943                 return pgprot_noncached(prot);
 944 }
 945 EXPORT_SYMBOL_GPL(pgprot_writecombine);
 946
 947 #if defined(CONFIG_DEBUG_FS) && defined(CONFIG_X86_PAT)
 948
 949 /* get Nth element of the linked list */
 950 static struct memtype *memtype_get_idx(loff_t pos)
 951 {
 952         struct memtype *list_node, *print_entry;
 953         int i = 1;
 954
 955         print_entry  = kmalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
 956         if (!print_entry)
 957                 return NULL;
 958
 959         spin_lock(&memtype_lock);
 960         list_for_each_entry(list_node, &memtype_list, nd) {
 961                 if (pos == i) {
 962                         *print_entry = *list_node;
 963                         spin_unlock(&memtype_lock);
 964                         return print_entry;
 965                 }
 966                 ++i;
 967         }
 968         spin_unlock(&memtype_lock);
 969         kfree(print_entry);
 970
 971         return NULL;
 972 }
 973
 974 static void *memtype_seq_start(struct seq_file *seq, loff_t *pos)
 975 {
 976         if (*pos == 0) {
 977                 ++*pos;
 978                 seq_printf(seq, "PAT memtype list:\n");
 979         }
 980
 981         return memtype_get_idx(*pos);
 982 }
 983
 984 static void *memtype_seq_next(struct seq_file *seq, void *v, loff_t *pos)
 985 {
 986         ++*pos;
 987         return memtype_get_idx(*pos);
 988 }
 989
 990 static void memtype_seq_stop(struct seq_file *seq, void *v)
 991 {
 992 }
 993
 994 static int memtype_seq_show(struct seq_file *seq, void *v)
 995 {
 996         struct memtype *print_entry = (struct memtype *)v;
 997
 998         seq_printf(seq, "%s @ 0x%Lx-0x%Lx\n", cattr_name(print_entry->type),
 999                         print_entry->start, print_entry->end);
1000         kfree(print_entry);
1001
1002         return 0;
1003 }
1004
1005 static const struct seq_operations memtype_seq_ops = {
1006         .start = memtype_seq_start,
1007         .next  = memtype_seq_next,
1008         .stop  = memtype_seq_stop,
1009         .show  = memtype_seq_show,
1010 };
1011
1012 static int memtype_seq_open(struct inode *inode, struct file *file)
1013 {
1014         return seq_open(file, &memtype_seq_ops);
1015 }
1016
1017 static const struct file_operations memtype_fops = {
1018         .open    = memtype_seq_open,
1019         .read    = seq_read,
1020         .llseek  = seq_lseek,
1021         .release = seq_release,
1022 };
1023
1024 static int __init pat_memtype_list_init(void)
1025 {
1026         debugfs_create_file("pat_memtype_list", S_IRUSR, arch_debugfs_dir,
1027                                 NULL, &memtype_fops);
1028         return 0;
1029 }
1030
1031 late_initcall(pat_memtype_list_init);
1032
1033 #endif /* CONFIG_DEBUG_FS && CONFIG_X86_PAT */