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/x86_init.h>
  24 #include <asm/pgtable.h>
  25 #include <asm/fcntl.h>
  26 #include <asm/e820.h>
  27 #include <asm/mtrr.h>
  28 #include <asm/page.h>
  29 #include <asm/msr.h>
  30 #include <asm/pat.h>
  31 #include <asm/io.h>
  32
  33 #include "pat_internal.h"
  34
  35 #ifdef CONFIG_X86_PAT
  36 int __read_mostly pat_enabled = 1;
  37
  38 static inline void pat_disable(const char *reason)
  39 {
  40         pat_enabled = 0;
  41         printk(KERN_INFO "%s\n", reason);
  42 }
  43
  44 static int __init nopat(char *str)
  45 {
  46         pat_disable("PAT support disabled.");
  47         return 0;
  48 }
  49 early_param("nopat", nopat);
  50 #else
  51 static inline void pat_disable(const char *reason)
  52 {
  53         (void)reason;
  54 }
  55 #endif
  56
  57
  58 int pat_debug_enable;
  59
  60 static int __init pat_debug_setup(char *str)
  61 {
  62         pat_debug_enable = 1;
  63         return 0;
  64 }
  65 __setup("debugpat", pat_debug_setup);
  66
  67 static u64 __read_mostly boot_pat_state;
  68
  69 enum {
  70         PAT_UC = 0,             /* uncached */
  71         PAT_WC = 1,             /* Write combining */
  72         PAT_WT = 4,             /* Write Through */
  73         PAT_WP = 5,             /* Write Protected */
  74         PAT_WB = 6,             /* Write Back (default) */
  75         PAT_UC_MINUS = 7,       /* UC, but can be overriden by MTRR */
  76 };
  77
  78 #define PAT(x, y)       ((u64)PAT_ ## y << ((x)*8))
  79
  80 void pat_init(void)
  81 {
  82         u64 pat;
  83         bool boot_cpu = !boot_pat_state;
  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
 126         if (boot_cpu)
 127                 printk(KERN_INFO "x86 PAT enabled: cpu %d, old 0x%Lx, new 0x%Lx\n",
 128                        smp_processor_id(), boot_pat_state, pat);
 129 }
 130
 131 #undef PAT
 132
 133 /*
 134  * The global memtype list keeps track of memory type for specific
 135  * physical memory areas. Conflicting memory types in different
 136  * mappings can cause CPU cache corruption. To avoid this we keep track.
 137  *
 138  * The list is sorted based on starting address and can contain multiple
 139  * entries for each address (this allows reference counting for overlapping
 140  * areas). All the aliases have the same cache attributes of course.
 141  * Zero attributes are represented as holes.
 142  *
 143  * The data structure is a list that is also organized as an rbtree
 144  * sorted on the start address of memtype range.
 145  *
 146  * memtype_lock protects both the linear list and rbtree.
 147  */
 148
 149 static struct rb_root memtype_rbroot = RB_ROOT;
 150 static LIST_HEAD(memtype_list);
 151 static DEFINE_SPINLOCK(memtype_lock);   /* protects memtype list */
 152
 153 static struct memtype *memtype_rb_search(struct rb_root *root, u64 start)
 154 {
 155         struct rb_node *node = root->rb_node;
 156         struct memtype *last_lower = NULL;
 157
 158         while (node) {
 159                 struct memtype *data = container_of(node, struct memtype, rb);
 160
 161                 if (data->start < start) {
 162                         last_lower = data;
 163                         node = node->rb_right;
 164                 } else if (data->start > start) {
 165                         node = node->rb_left;
 166                 } else
 167                         return data;
 168         }
 169
 170         /* Will return NULL if there is no entry with its start <= start */
 171         return last_lower;
 172 }
 173
 174 static void memtype_rb_insert(struct rb_root *root, struct memtype *data)
 175 {
 176         struct rb_node **new = &(root->rb_node);
 177         struct rb_node *parent = NULL;
 178
 179         while (*new) {
 180                 struct memtype *this = container_of(*new, struct memtype, rb);
 181
 182                 parent = *new;
 183                 if (data->start <= this->start)
 184                         new = &((*new)->rb_left);
 185                 else if (data->start > this->start)
 186                         new = &((*new)->rb_right);
 187         }
 188
 189         rb_link_node(&data->rb, parent, new);
 190         rb_insert_color(&data->rb, root);
 191 }
 192
 193 /*
 194  * Does intersection of PAT memory type and MTRR memory type and returns
 195  * the resulting memory type as PAT understands it.
 196  * (Type in pat and mtrr will not have same value)
 197  * The intersection is based on "Effective Memory Type" tables in IA-32
 198  * SDM vol 3a
 199  */
 200 static unsigned long pat_x_mtrr_type(u64 start, u64 end, unsigned long req_type)
 201 {
 202         /*
 203          * Look for MTRR hint to get the effective type in case where PAT
 204          * request is for WB.
 205          */
 206         if (req_type == _PAGE_CACHE_WB) {
 207                 u8 mtrr_type;
 208
 209                 mtrr_type = mtrr_type_lookup(start, end);
 210                 if (mtrr_type != MTRR_TYPE_WRBACK)
 211                         return _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 212
 213                 return _PAGE_CACHE_WB;
 214         }
 215
 216         return req_type;
 217 }
 218
 219 static int
 220 chk_conflict(struct memtype *new, struct memtype *entry, unsigned long *type)
 221 {
 222         if (new->type != entry->type) {
 223                 if (type) {
 224                         new->type = entry->type;
 225                         *type = entry->type;
 226                 } else
 227                         goto conflict;
 228         }
 229
 230          /* check overlaps with more than one entry in the list */
 231         list_for_each_entry_continue(entry, &memtype_list, nd) {
 232                 if (new->end <= entry->start)
 233                         break;
 234                 else if (new->type != entry->type)
 235                         goto conflict;
 236         }
 237         return 0;
 238
 239  conflict:
 240         printk(KERN_INFO "%s:%d conflicting memory types "
 241                "%Lx-%Lx %s<->%s\n", current->comm, current->pid, new->start,
 242                new->end, cattr_name(new->type), cattr_name(entry->type));
 243         return -EBUSY;
 244 }
 245
 246 static int pat_pagerange_is_ram(unsigned long start, unsigned long end)
 247 {
 248         int ram_page = 0, not_rampage = 0;
 249         unsigned long page_nr;
 250
 251         for (page_nr = (start >> PAGE_SHIFT); page_nr < (end >> PAGE_SHIFT);
 252              ++page_nr) {
 253                 /*
 254                  * For legacy reasons, physical address range in the legacy ISA
 255                  * region is tracked as non-RAM. This will allow users of
 256                  * /dev/mem to map portions of legacy ISA region, even when
 257                  * some of those portions are listed(or not even listed) with
 258                  * different e820 types(RAM/reserved/..)
 259                  */
 260                 if (page_nr >= (ISA_END_ADDRESS >> PAGE_SHIFT) &&
 261                     page_is_ram(page_nr))
 262                         ram_page = 1;
 263                 else
 264                         not_rampage = 1;
 265
 266                 if (ram_page == not_rampage)
 267                         return -1;
 268         }
 269
 270         return ram_page;
 271 }
 272
 273 /*
 274  * For RAM pages, we use page flags to mark the pages with appropriate type.
 275  * Here we do two pass:
 276  * - Find the memtype of all the pages in the range, look for any conflicts
 277  * - In case of no conflicts, set the new memtype for pages in the range
 278  *
 279  * Caller must hold memtype_lock for atomicity.
 280  */
 281 static int reserve_ram_pages_type(u64 start, u64 end, unsigned long req_type,
 282                                   unsigned long *new_type)
 283 {
 284         struct page *page;
 285         u64 pfn;
 286
 287         if (req_type == _PAGE_CACHE_UC) {
 288                 /* We do not support strong UC */
 289                 WARN_ON_ONCE(1);
 290                 req_type = _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 291         }
 292
 293         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
 294                 unsigned long type;
 295
 296                 page = pfn_to_page(pfn);
 297                 type = get_page_memtype(page);
 298                 if (type != -1) {
 299                         printk(KERN_INFO "reserve_ram_pages_type failed "
 300                                 "0x%Lx-0x%Lx, track 0x%lx, req 0x%lx\n",
 301                                 start, end, type, req_type);
 302                         if (new_type)
 303                                 *new_type = type;
 304
 305                         return -EBUSY;
 306                 }
 307         }
 308
 309         if (new_type)
 310                 *new_type = req_type;
 311
 312         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
 313                 page = pfn_to_page(pfn);
 314                 set_page_memtype(page, req_type);
 315         }
 316         return 0;
 317 }
 318
 319 static int free_ram_pages_type(u64 start, u64 end)
 320 {
 321         struct page *page;
 322         u64 pfn;
 323
 324         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
 325                 page = pfn_to_page(pfn);
 326                 set_page_memtype(page, -1);
 327         }
 328         return 0;
 329 }
 330
 331 static int memtype_check_insert(struct memtype *new, unsigned long *new_type)
 332 {
 333         struct memtype *entry;
 334         u64 start, end;
 335         unsigned long actual_type;
 336         struct list_head *where;
 337         int err = 0;
 338
 339         start = new->start;
 340         end = new->end;
 341         actual_type = new->type;
 342
 343         /* Search for existing mapping that overlaps the current range */
 344         where = NULL;
 345         list_for_each_entry(entry, &memtype_list, nd) {
 346                 if (end <= entry->start) {
 347                         where = entry->nd.prev;
 348                         break;
 349                 } else if (start <= entry->start) { /* end > entry->start */
 350                         err = chk_conflict(new, entry, new_type);
 351                         if (!err) {
 352                                 dprintk("Overlap at 0x%Lx-0x%Lx\n",
 353                                         entry->start, entry->end);
 354                                 where = entry->nd.prev;
 355                         }
 356                         break;
 357                 } else if (start < entry->end) { /* start > entry->start */
 358                         err = chk_conflict(new, entry, new_type);
 359                         if (!err) {
 360                                 dprintk("Overlap at 0x%Lx-0x%Lx\n",
 361                                         entry->start, entry->end);
 362
 363                                 /*
 364                                  * Move to right position in the linked
 365                                  * list to add this new entry
 366                                  */
 367                                 list_for_each_entry_continue(entry,
 368                                                         &memtype_list, nd) {
 369                                         if (start <= entry->start) {
 370                                                 where = entry->nd.prev;
 371                                                 break;
 372                                         }
 373                                 }
 374                         }
 375                         break;
 376                 }
 377         }
 378         if (!err) {
 379                 if (where)
 380                         list_add(&new->nd, where);
 381                 else
 382                         list_add_tail(&new->nd, &memtype_list);
 383
 384                 memtype_rb_insert(&memtype_rbroot, new);
 385         }
 386         return err;
 387 }
 388
 389 /*
 390  * req_type typically has one of the:
 391  * - _PAGE_CACHE_WB
 392  * - _PAGE_CACHE_WC
 393  * - _PAGE_CACHE_UC_MINUS
 394  * - _PAGE_CACHE_UC
 395  *
 396  * If new_type is NULL, function will return an error if it cannot reserve the
 397  * region with req_type. If new_type is non-NULL, function will return
 398  * available type in new_type in case of no error. In case of any error
 399  * it will return a negative return value.
 400  */
 401 int reserve_memtype(u64 start, u64 end, unsigned long req_type,
 402                     unsigned long *new_type)
 403 {
 404         struct memtype *new;
 405         unsigned long actual_type;
 406         int is_range_ram;
 407         int err = 0;
 408
 409         BUG_ON(start >= end); /* end is exclusive */
 410
 411         if (!pat_enabled) {
 412                 /* This is identical to page table setting without PAT */
 413                 if (new_type) {
 414                         if (req_type == _PAGE_CACHE_WC)
 415                                 *new_type = _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 416                         else
 417                                 *new_type = req_type & _PAGE_CACHE_MASK;
 418                 }
 419                 return 0;
 420         }
 421
 422         /* Low ISA region is always mapped WB in page table. No need to track */
 423         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(start, end)) {
 424                 if (new_type)
 425                         *new_type = _PAGE_CACHE_WB;
 426                 return 0;
 427         }
 428
 429         /*
 430          * Call mtrr_lookup to get the type hint. This is an
 431          * optimization for /dev/mem mmap'ers into WB memory (BIOS
 432          * tools and ACPI tools). Use WB request for WB memory and use
 433          * UC_MINUS otherwise.
 434          */
 435         actual_type = pat_x_mtrr_type(start, end, req_type & _PAGE_CACHE_MASK);
 436
 437         if (new_type)
 438                 *new_type = actual_type;
 439
 440         is_range_ram = pat_pagerange_is_ram(start, end);
 441         if (is_range_ram == 1) {
 442
 443                 spin_lock(&memtype_lock);
 444                 err = reserve_ram_pages_type(start, end, req_type, new_type);
 445                 spin_unlock(&memtype_lock);
 446
 447                 return err;
 448         } else if (is_range_ram < 0) {
 449                 return -EINVAL;
 450         }
 451
 452         new  = kmalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
 453         if (!new)
 454                 return -ENOMEM;
 455
 456         new->start      = start;
 457         new->end        = end;
 458         new->type       = actual_type;
 459
 460         spin_lock(&memtype_lock);
 461
 462         err = memtype_check_insert(new, new_type);
 463         if (err) {
 464                 printk(KERN_INFO "reserve_memtype failed 0x%Lx-0x%Lx, "
 465                        "track %s, req %s\n",
 466                        start, end, cattr_name(new->type), cattr_name(req_type));
 467                 kfree(new);
 468                 spin_unlock(&memtype_lock);
 469
 470                 return err;
 471         }
 472
 473         spin_unlock(&memtype_lock);
 474
 475         dprintk("reserve_memtype added 0x%Lx-0x%Lx, track %s, req %s, ret %s\n",
 476                 start, end, cattr_name(new->type), cattr_name(req_type),
 477                 new_type ? cattr_name(*new_type) : "-");
 478
 479         return err;
 480 }
 481
 482 int free_memtype(u64 start, u64 end)
 483 {
 484         struct memtype *entry, *saved_entry;
 485         int err = -EINVAL;
 486         int is_range_ram;
 487
 488         if (!pat_enabled)
 489                 return 0;
 490
 491         /* Low ISA region is always mapped WB. No need to track */
 492         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(start, end))
 493                 return 0;
 494
 495         is_range_ram = pat_pagerange_is_ram(start, end);
 496         if (is_range_ram == 1) {
 497
 498                 spin_lock(&memtype_lock);
 499                 err = free_ram_pages_type(start, end);
 500                 spin_unlock(&memtype_lock);
 501
 502                 return err;
 503         } else if (is_range_ram < 0) {
 504                 return -EINVAL;
 505         }
 506
 507         spin_lock(&memtype_lock);
 508
 509         entry = memtype_rb_search(&memtype_rbroot, start);
 510         if (unlikely(entry == NULL))
 511                 goto unlock_ret;
 512
 513         /*
 514          * Saved entry points to an entry with start same or less than what
 515          * we searched for. Now go through the list in both directions to look
 516          * for the entry that matches with both start and end, with list stored
 517          * in sorted start address
 518          */
 519         saved_entry = entry;
 520         list_for_each_entry_from(entry, &memtype_list, nd) {
 521                 if (entry->start == start && entry->end == end) {
 522                         rb_erase(&entry->rb, &memtype_rbroot);
 523                         list_del(&entry->nd);
 524                         kfree(entry);
 525                         err = 0;
 526                         break;
 527                 } else if (entry->start > start) {
 528                         break;
 529                 }
 530         }
 531
 532         if (!err)
 533                 goto unlock_ret;
 534
 535         entry = saved_entry;
 536         list_for_each_entry_reverse(entry, &memtype_list, nd) {
 537                 if (entry->start == start && entry->end == end) {
 538                         rb_erase(&entry->rb, &memtype_rbroot);
 539                         list_del(&entry->nd);
 540                         kfree(entry);
 541                         err = 0;
 542                         break;
 543                 } else if (entry->start < start) {
 544                         break;
 545                 }
 546         }
 547 unlock_ret:
 548         spin_unlock(&memtype_lock);
 549
 550         if (err) {
 551                 printk(KERN_INFO "%s:%d freeing invalid memtype %Lx-%Lx\n",
 552                         current->comm, current->pid, start, end);
 553         }
 554
 555         dprintk("free_memtype request 0x%Lx-0x%Lx\n", start, end);
 556
 557         return err;
 558 }
 559
 560
 561 /**
 562  * lookup_memtype - Looksup the memory type for a physical address
 563  * @paddr: physical address of which memory type needs to be looked up
 564  *
 565  * Only to be called when PAT is enabled
 566  *
 567  * Returns _PAGE_CACHE_WB, _PAGE_CACHE_WC, _PAGE_CACHE_UC_MINUS or
 568  * _PAGE_CACHE_UC
 569  */
 570 static unsigned long lookup_memtype(u64 paddr)
 571 {
 572         int rettype = _PAGE_CACHE_WB;
 573         struct memtype *entry;
 574
 575         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(paddr, paddr + PAGE_SIZE))
 576                 return rettype;
 577
 578         if (pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + PAGE_SIZE)) {
 579                 struct page *page;
 580                 spin_lock(&memtype_lock);
 581                 page = pfn_to_page(paddr >> PAGE_SHIFT);
 582                 rettype = get_page_memtype(page);
 583                 spin_unlock(&memtype_lock);
 584                 /*
 585                  * -1 from get_page_memtype() implies RAM page is in its
 586                  * default state and not reserved, and hence of type WB
 587                  */
 588                 if (rettype == -1)
 589                         rettype = _PAGE_CACHE_WB;
 590
 591                 return rettype;
 592         }
 593
 594         spin_lock(&memtype_lock);
 595
 596         entry = memtype_rb_search(&memtype_rbroot, paddr);
 597         if (entry != NULL)
 598                 rettype = entry->type;
 599         else
 600                 rettype = _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 601
 602         spin_unlock(&memtype_lock);
 603         return rettype;
 604 }
 605
 606 /**
 607  * io_reserve_memtype - Request a memory type mapping for a region of memory
 608  * @start: start (physical address) of the region
 609  * @end: end (physical address) of the region
 610  * @type: A pointer to memtype, with requested type. On success, requested
 611  * or any other compatible type that was available for the region is returned
 612  *
 613  * On success, returns 0
 614  * On failure, returns non-zero
 615  */
 616 int io_reserve_memtype(resource_size_t start, resource_size_t end,
 617                         unsigned long *type)
 618 {
 619         resource_size_t size = end - start;
 620         unsigned long req_type = *type;
 621         unsigned long new_type;
 622         int ret;
 623
 624         WARN_ON_ONCE(iomem_map_sanity_check(start, size));
 625
 626         ret = reserve_memtype(start, end, req_type, &new_type);
 627         if (ret)
 628                 goto out_err;
 629
 630         if (!is_new_memtype_allowed(start, size, req_type, new_type))
 631                 goto out_free;
 632
 633         if (kernel_map_sync_memtype(start, size, new_type) < 0)
 634                 goto out_free;
 635
 636         *type = new_type;
 637         return 0;
 638
 639 out_free:
 640         free_memtype(start, end);
 641         ret = -EBUSY;
 642 out_err:
 643         return ret;
 644 }
 645
 646 /**
 647  * io_free_memtype - Release a memory type mapping for a region of memory
 648  * @start: start (physical address) of the region
 649  * @end: end (physical address) of the region
 650  */
 651 void io_free_memtype(resource_size_t start, resource_size_t end)
 652 {
 653         free_memtype(start, end);
 654 }
 655
 656 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
 657                                 unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
 658 {
 659         return vma_prot;
 660 }
 661
 662 #ifdef CONFIG_STRICT_DEVMEM
 663 /* This check is done in drivers/char/mem.c in case of STRICT_DEVMEM*/
 664 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
 665 {
 666         return 1;
 667 }
 668 #else
 669 /* This check is needed to avoid cache aliasing when PAT is enabled */
 670 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
 671 {
 672         u64 from = ((u64)pfn) << PAGE_SHIFT;
 673         u64 to = from + size;
 674         u64 cursor = from;
 675
 676         if (!pat_enabled)
 677                 return 1;
 678
 679         while (cursor < to) {
 680                 if (!devmem_is_allowed(pfn)) {
 681                         printk(KERN_INFO
 682                 "Program %s tried to access /dev/mem between %Lx->%Lx.\n",
 683                                 current->comm, from, to);
 684                         return 0;
 685                 }
 686                 cursor += PAGE_SIZE;
 687                 pfn++;
 688         }
 689         return 1;
 690 }
 691 #endif /* CONFIG_STRICT_DEVMEM */
 692
 693 int phys_mem_access_prot_allowed(struct file *file, unsigned long pfn,
 694                                 unsigned long size, pgprot_t *vma_prot)
 695 {
 696         unsigned long flags = _PAGE_CACHE_WB;
 697
 698         if (!range_is_allowed(pfn, size))
 699                 return 0;
 700
 701         if (file->f_flags & O_DSYNC)
 702                 flags = _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 703
 704 #ifdef CONFIG_X86_32
 705         /*
 706          * On the PPro and successors, the MTRRs are used to set
 707          * memory types for physical addresses outside main memory,
 708          * so blindly setting UC or PWT on those pages is wrong.
 709          * For Pentiums and earlier, the surround logic should disable
 710          * caching for the high addresses through the KEN pin, but
 711          * we maintain the tradition of paranoia in this code.
 712          */
 713         if (!pat_enabled &&
 714             !(boot_cpu_has(X86_FEATURE_MTRR) ||
 715               boot_cpu_has(X86_FEATURE_K6_MTRR) ||
 716               boot_cpu_has(X86_FEATURE_CYRIX_ARR) ||
 717               boot_cpu_has(X86_FEATURE_CENTAUR_MCR)) &&
 718             (pfn << PAGE_SHIFT) >= __pa(high_memory)) {
 719                 flags = _PAGE_CACHE_UC;
 720         }
 721 #endif
 722
 723         *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) & ~_PAGE_CACHE_MASK) |
 724                              flags);
 725         return 1;
 726 }
 727
 728 /*
 729  * Change the memory type for the physial address range in kernel identity
 730  * mapping space if that range is a part of identity map.
 731  */
 732 int kernel_map_sync_memtype(u64 base, unsigned long size, unsigned long flags)
 733 {
 734         unsigned long id_sz;
 735
 736         if (base >= __pa(high_memory))
 737                 return 0;
 738
 739         id_sz = (__pa(high_memory) < base + size) ?
 740                                 __pa(high_memory) - base :
 741                                 size;
 742
 743         if (ioremap_change_attr((unsigned long)__va(base), id_sz, flags) < 0) {
 744                 printk(KERN_INFO
 745                         "%s:%d ioremap_change_attr failed %s "
 746                         "for %Lx-%Lx\n",
 747                         current->comm, current->pid,
 748                         cattr_name(flags),
 749                         base, (unsigned long long)(base + size));
 750                 return -EINVAL;
 751         }
 752         return 0;
 753 }
 754
 755 /*
 756  * Internal interface to reserve a range of physical memory with prot.
 757  * Reserved non RAM regions only and after successful reserve_memtype,
 758  * this func also keeps identity mapping (if any) in sync with this new prot.
 759  */
 760 static int reserve_pfn_range(u64 paddr, unsigned long size, pgprot_t *vma_prot,
 761                                 int strict_prot)
 762 {
 763         int is_ram = 0;
 764         int ret;
 765         unsigned long want_flags = (pgprot_val(*vma_prot) & _PAGE_CACHE_MASK);
 766         unsigned long flags = want_flags;
 767
 768         is_ram = pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + size);
 769
 770         /*
 771          * reserve_pfn_range() for RAM pages. We do not refcount to keep
 772          * track of number of mappings of RAM pages. We can assert that
 773          * the type requested matches the type of first page in the range.
 774          */
 775         if (is_ram) {
 776                 if (!pat_enabled)
 777                         return 0;
 778
 779                 flags = lookup_memtype(paddr);
 780                 if (want_flags != flags) {
 781                         printk(KERN_WARNING
 782                         "%s:%d map pfn RAM range req %s for %Lx-%Lx, got %s\n",
 783                                 current->comm, current->pid,
 784                                 cattr_name(want_flags),
 785                                 (unsigned long long)paddr,
 786                                 (unsigned long long)(paddr + size),
 787                                 cattr_name(flags));
 788                         *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) &
 789                                               (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
 790                                              flags);
 791                 }
 792                 return 0;
 793         }
 794
 795         ret = reserve_memtype(paddr, paddr + size, want_flags, &flags);
 796         if (ret)
 797                 return ret;
 798
 799         if (flags != want_flags) {
 800                 if (strict_prot ||
 801                     !is_new_memtype_allowed(paddr, size, want_flags, flags)) {
 802                         free_memtype(paddr, paddr + size);
 803                         printk(KERN_ERR "%s:%d map pfn expected mapping type %s"
 804                                 " for %Lx-%Lx, got %s\n",
 805                                 current->comm, current->pid,
 806                                 cattr_name(want_flags),
 807                                 (unsigned long long)paddr,
 808                                 (unsigned long long)(paddr + size),
 809                                 cattr_name(flags));
 810                         return -EINVAL;
 811                 }
 812                 /*
 813                  * We allow returning different type than the one requested in
 814                  * non strict case.
 815                  */
 816                 *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) &
 817                                       (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
 818                                      flags);
 819         }
 820
 821         if (kernel_map_sync_memtype(paddr, size, flags) < 0) {
 822                 free_memtype(paddr, paddr + size);
 823                 return -EINVAL;
 824         }
 825         return 0;
 826 }
 827
 828 /*
 829  * Internal interface to free a range of physical memory.
 830  * Frees non RAM regions only.
 831  */
 832 static void free_pfn_range(u64 paddr, unsigned long size)
 833 {
 834         int is_ram;
 835
 836         is_ram = pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + size);
 837         if (is_ram == 0)
 838                 free_memtype(paddr, paddr + size);
 839 }
 840
 841 /*
 842  * track_pfn_vma_copy is called when vma that is covering the pfnmap gets
 843  * copied through copy_page_range().
 844  *
 845  * If the vma has a linear pfn mapping for the entire range, we get the prot
 846  * from pte and reserve the entire vma range with single reserve_pfn_range call.
 847  */
 848 int track_pfn_vma_copy(struct vm_area_struct *vma)
 849 {
 850         resource_size_t paddr;
 851         unsigned long prot;
 852         unsigned long vma_size = vma->vm_end - vma->vm_start;
 853         pgprot_t pgprot;
 854
 855         if (is_linear_pfn_mapping(vma)) {
 856                 /*
 857                  * reserve the whole chunk covered by vma. We need the
 858                  * starting address and protection from pte.
 859                  */
 860                 if (follow_phys(vma, vma->vm_start, 0, &prot, &paddr)) {
 861                         WARN_ON_ONCE(1);
 862                         return -EINVAL;
 863                 }
 864                 pgprot = __pgprot(prot);
 865                 return reserve_pfn_range(paddr, vma_size, &pgprot, 1);
 866         }
 867
 868         return 0;
 869 }
 870
 871 /*
 872  * track_pfn_vma_new is called when a _new_ pfn mapping is being established
 873  * for physical range indicated by pfn and size.
 874  *
 875  * prot is passed in as a parameter for the new mapping. If the vma has a
 876  * linear pfn mapping for the entire range reserve the entire vma range with
 877  * single reserve_pfn_range call.
 878  */
 879 int track_pfn_vma_new(struct vm_area_struct *vma, pgprot_t *prot,
 880                         unsigned long pfn, unsigned long size)
 881 {
 882         unsigned long flags;
 883         resource_size_t paddr;
 884         unsigned long vma_size = vma->vm_end - vma->vm_start;
 885
 886         if (is_linear_pfn_mapping(vma)) {
 887                 /* reserve the whole chunk starting from vm_pgoff */
 888                 paddr = (resource_size_t)vma->vm_pgoff << PAGE_SHIFT;
 889                 return reserve_pfn_range(paddr, vma_size, prot, 0);
 890         }
 891
 892         if (!pat_enabled)
 893                 return 0;
 894
 895         /* for vm_insert_pfn and friends, we set prot based on lookup */
 896         flags = lookup_memtype(pfn << PAGE_SHIFT);
 897         *prot = __pgprot((pgprot_val(vma->vm_page_prot) & (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
 898                          flags);
 899
 900         return 0;
 901 }
 902
 903 /*
 904  * untrack_pfn_vma is called while unmapping a pfnmap for a region.
 905  * untrack can be called for a specific region indicated by pfn and size or
 906  * can be for the entire vma (in which case size can be zero).
 907  */
 908 void untrack_pfn_vma(struct vm_area_struct *vma, unsigned long pfn,
 909                         unsigned long size)
 910 {
 911         resource_size_t paddr;
 912         unsigned long vma_size = vma->vm_end - vma->vm_start;
 913
 914         if (is_linear_pfn_mapping(vma)) {
 915                 /* free the whole chunk starting from vm_pgoff */
 916                 paddr = (resource_size_t)vma->vm_pgoff << PAGE_SHIFT;
 917                 free_pfn_range(paddr, vma_size);
 918                 return;
 919         }
 920 }
 921
 922 pgprot_t pgprot_writecombine(pgprot_t prot)
 923 {
 924         if (pat_enabled)
 925                 return __pgprot(pgprot_val(prot) | _PAGE_CACHE_WC);
 926         else
 927                 return pgprot_noncached(prot);
 928 }
 929 EXPORT_SYMBOL_GPL(pgprot_writecombine);
 930
 931 #if defined(CONFIG_DEBUG_FS) && defined(CONFIG_X86_PAT)
 932
 933 /* get Nth element of the linked list */
 934 static int copy_memtype_nth_element(struct memtype *out, loff_t pos)
 935 {
 936         struct memtype *list_node;
 937         int i = 1;
 938
 939         list_for_each_entry(list_node, &memtype_list, nd) {
 940                 if (pos == i) {
 941                         *out = *list_node;
 942                         return 0;
 943                 }
 944                 ++i;
 945         }
 946         return 1;
 947 }
 948
 949 static struct memtype *memtype_get_idx(loff_t pos)
 950 {
 951         struct memtype *print_entry;
 952         int ret;
 953
 954         print_entry  = kzalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
 955         if (!print_entry)
 956                 return NULL;
 957
 958         spin_lock(&memtype_lock);
 959         ret = copy_memtype_nth_element(print_entry, pos);
 960         spin_unlock(&memtype_lock);
 961
 962         if (!ret) {
 963                 return print_entry;
 964         } else {
 965                 kfree(print_entry);
 966                 return NULL;
 967         }
 968 }
 969
 970 static void *memtype_seq_start(struct seq_file *seq, loff_t *pos)
 971 {
 972         if (*pos == 0) {
 973                 ++*pos;
 974                 seq_printf(seq, "PAT memtype list:\n");
 975         }
 976
 977         return memtype_get_idx(*pos);
 978 }
 979
 980 static void *memtype_seq_next(struct seq_file *seq, void *v, loff_t *pos)
 981 {
 982         ++*pos;
 983         return memtype_get_idx(*pos);
 984 }
 985
 986 static void memtype_seq_stop(struct seq_file *seq, void *v)
 987 {
 988 }
 989
 990 static int memtype_seq_show(struct seq_file *seq, void *v)
 991 {
 992         struct memtype *print_entry = (struct memtype *)v;
 993
 994         seq_printf(seq, "%s @ 0x%Lx-0x%Lx\n", cattr_name(print_entry->type),
 995                         print_entry->start, print_entry->end);
 996         kfree(print_entry);
 997
 998         return 0;
 999 }
1000
1001 static const struct seq_operations memtype_seq_ops = {
1002         .start = memtype_seq_start,
1003         .next  = memtype_seq_next,
1004         .stop  = memtype_seq_stop,
1005         .show  = memtype_seq_show,
1006 };
1007
1008 static int memtype_seq_open(struct inode *inode, struct file *file)
1009 {
1010         return seq_open(file, &memtype_seq_ops);
1011 }
1012
1013 static const struct file_operations memtype_fops = {
1014         .open    = memtype_seq_open,
1015         .read    = seq_read,
1016         .llseek  = seq_lseek,
1017         .release = seq_release,
1018 };
1019
1020 static int __init pat_memtype_list_init(void)
1021 {
1022         if (pat_enabled) {
1023                 debugfs_create_file("pat_memtype_list", S_IRUSR,
1024                                     arch_debugfs_dir, NULL, &memtype_fops);
1025         }
1026         return 0;
1027 }
1028
1029 late_initcall(pat_memtype_list_init);
1030
1031 #endif /* CONFIG_DEBUG_FS && CONFIG_X86_PAT */