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