drivers/misc/sgi-gru/grufault.c

   1 /*
   2  * SN Platform GRU Driver
   3  *
   4  *              FAULT HANDLER FOR GRU DETECTED TLB MISSES
   5  *
   6  * This file contains code that handles TLB misses within the GRU.
   7  * These misses are reported either via interrupts or user polling of
   8  * the user CB.
   9  *
  10  *  Copyright (c) 2008 Silicon Graphics, Inc.  All Rights Reserved.
  11  *
  12  *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  13  *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
  14  *  the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  15  *  (at your option) any later version.
  16  *
  17  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  18  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  20  *  GNU General Public License for more details.
  21  *
  22  *  You should have received a copy of the GNU General Public License
  23  *  along with this program; if not, write to the Free Software
  24  *  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307 USA
  25  */
  26
  27 #include <linux/kernel.h>
  28 #include <linux/errno.h>
  29 #include <linux/spinlock.h>
  30 #include <linux/mm.h>
  31 #include <linux/hugetlb.h>
  32 #include <linux/device.h>
  33 #include <linux/io.h>
  34 #include <linux/uaccess.h>
  35 #include <asm/pgtable.h>
  36 #include "gru.h"
  37 #include "grutables.h"
  38 #include "grulib.h"
  39 #include "gru_instructions.h"
  40 #include <asm/uv/uv_hub.h>
  41
  42 /*
  43  * Test if a physical address is a valid GRU GSEG address
  44  */
  45 static inline int is_gru_paddr(unsigned long paddr)
  46 {
  47         return paddr >= gru_start_paddr && paddr < gru_end_paddr;
  48 }
  49
  50 /*
  51  * Find the vma of a GRU segment. Caller must hold mmap_sem.
  52  */
  53 struct vm_area_struct *gru_find_vma(unsigned long vaddr)
  54 {
  55         struct vm_area_struct *vma;
  56
  57         vma = find_vma(current->mm, vaddr);
  58         if (vma && vma->vm_start <= vaddr && vma->vm_ops == &gru_vm_ops)
  59                 return vma;
  60         return NULL;
  61 }
  62
  63 /*
  64  * Find and lock the gts that contains the specified user vaddr.
  65  *
  66  * Returns:
  67  *      - *gts with the mmap_sem locked for read and the GTS locked.
  68  *      - NULL if vaddr invalid OR is not a valid GSEG vaddr.
  69  */
  70
  71 static struct gru_thread_state *gru_find_lock_gts(unsigned long vaddr)
  72 {
  73         struct mm_struct *mm = current->mm;
  74         struct vm_area_struct *vma;
  75         struct gru_thread_state *gts = NULL;
  76
  77         down_read(&mm->mmap_sem);
  78         vma = gru_find_vma(vaddr);
  79         if (vma)
  80                 gts = gru_find_thread_state(vma, TSID(vaddr, vma));
  81         if (gts)
  82                 mutex_lock(&gts->ts_ctxlock);
  83         else
  84                 up_read(&mm->mmap_sem);
  85         return gts;
  86 }
  87
  88 static struct gru_thread_state *gru_alloc_locked_gts(unsigned long vaddr)
  89 {
  90         struct mm_struct *mm = current->mm;
  91         struct vm_area_struct *vma;
  92         struct gru_thread_state *gts = NULL;
  93
  94         down_write(&mm->mmap_sem);
  95         vma = gru_find_vma(vaddr);
  96         if (vma)
  97                 gts = gru_alloc_thread_state(vma, TSID(vaddr, vma));
  98         if (gts) {
  99                 mutex_lock(&gts->ts_ctxlock);
 100                 downgrade_write(&mm->mmap_sem);
 101         } else {
 102                 up_write(&mm->mmap_sem);
 103         }
 104
 105         return gts;
 106 }
 107
 108 /*
 109  * Unlock a GTS that was previously locked with gru_find_lock_gts().
 110  */
 111 static void gru_unlock_gts(struct gru_thread_state *gts)
 112 {
 113         mutex_unlock(&gts->ts_ctxlock);
 114         up_read(&current->mm->mmap_sem);
 115 }
 116
 117 /*
 118  * Set a CB.istatus to active using a user virtual address. This must be done
 119  * just prior to a TFH RESTART. The new cb.istatus is an in-cache status ONLY.
 120  * If the line is evicted, the status may be lost. The in-cache update
 121  * is necessary to prevent the user from seeing a stale cb.istatus that will
 122  * change as soon as the TFH restart is complete. Races may cause an
 123  * occasional failure to clear the cb.istatus, but that is ok.
 124  *
 125  * If the cb address is not valid (should not happen, but...), nothing
 126  * bad will happen.. The get_user()/put_user() will fail but there
 127  * are no bad side-effects.
 128  */
 129 static void gru_cb_set_istatus_active(unsigned long __user *cb)
 130 {
 131         union {
 132                 struct gru_instruction_bits bits;
 133                 unsigned long dw;
 134         } u;
 135
 136         if (cb) {
 137                 get_user(u.dw, cb);
 138                 u.bits.istatus = CBS_ACTIVE;
 139                 put_user(u.dw, cb);
 140         }
 141 }
 142
 143 /*
 144  * Convert a interrupt IRQ to a pointer to the GRU GTS that caused the
 145  * interrupt. Interrupts are always sent to a cpu on the blade that contains the
 146  * GRU (except for headless blades which are not currently supported). A blade
 147  * has N grus; a block of N consecutive IRQs is assigned to the GRUs. The IRQ
 148  * number uniquely identifies the GRU chiplet on the local blade that caused the
 149  * interrupt. Always called in interrupt context.
 150  */
 151 static inline struct gru_state *irq_to_gru(int irq)
 152 {
 153         return &gru_base[uv_numa_blade_id()]->bs_grus[irq - IRQ_GRU];
 154 }
 155
 156 /*
 157  * Read & clear a TFM
 158  *
 159  * The GRU has an array of fault maps. A map is private to a cpu
 160  * Only one cpu will be accessing a cpu's fault map.
 161  *
 162  * This function scans the cpu-private fault map & clears all bits that
 163  * are set. The function returns a bitmap that indicates the bits that
 164  * were cleared. Note that sense the maps may be updated asynchronously by
 165  * the GRU, atomic operations must be used to clear bits.
 166  */
 167 static void get_clear_fault_map(struct gru_state *gru,
 168                                 struct gru_tlb_fault_map *map)
 169 {
 170         unsigned long i, k;
 171         struct gru_tlb_fault_map *tfm;
 172
 173         tfm = get_tfm_for_cpu(gru, gru_cpu_fault_map_id());
 174         prefetchw(tfm);         /* Helps on hardware, required for emulator */
 175         for (i = 0; i < BITS_TO_LONGS(GRU_NUM_CBE); i++) {
 176                 k = tfm->fault_bits[i];
 177                 if (k)
 178                         k = xchg(&tfm->fault_bits[i], 0UL);
 179                 map->fault_bits[i] = k;
 180         }
 181
 182         /*
 183          * Not functionally required but helps performance. (Required
 184          * on emulator)
 185          */
 186         gru_flush_cache(tfm);
 187 }
 188
 189 /*
 190  * Atomic (interrupt context) & non-atomic (user context) functions to
 191  * convert a vaddr into a physical address. The size of the page
 192  * is returned in pageshift.
 193  *      returns:
 194  *                0 - successful
 195  *              < 0 - error code
 196  *                1 - (atomic only) try again in non-atomic context
 197  */
 198 static int non_atomic_pte_lookup(struct vm_area_struct *vma,
 199                                  unsigned long vaddr, int write,
 200                                  unsigned long *paddr, int *pageshift)
 201 {
 202         struct page *page;
 203
 204         /* ZZZ Need to handle HUGE pages */
 205         if (is_vm_hugetlb_page(vma))
 206                 return -EFAULT;
 207         *pageshift = PAGE_SHIFT;
 208         if (get_user_pages
 209             (current, current->mm, vaddr, 1, write, 0, &page, NULL) <= 0)
 210                 return -EFAULT;
 211         *paddr = page_to_phys(page);
 212         put_page(page);
 213         return 0;
 214 }
 215
 216 /*
 217  *
 218  * atomic_pte_lookup
 219  *
 220  * Convert a user virtual address to a physical address
 221  * Only supports Intel large pages (2MB only) on x86_64.
 222  *      ZZZ - hugepage support is incomplete
 223  */
 224 static int atomic_pte_lookup(struct vm_area_struct *vma, unsigned long vaddr,
 225         int write, unsigned long *paddr, int *pageshift)
 226 {
 227         pgd_t *pgdp;
 228         pmd_t *pmdp;
 229         pud_t *pudp;
 230         pte_t pte;
 231
 232         WARN_ON(irqs_disabled());               /* ZZZ debug */
 233
 234         local_irq_disable();
 235         pgdp = pgd_offset(vma->vm_mm, vaddr);
 236         if (unlikely(pgd_none(*pgdp)))
 237                 goto err;
 238
 239         pudp = pud_offset(pgdp, vaddr);
 240         if (unlikely(pud_none(*pudp)))
 241                 goto err;
 242
 243         pmdp = pmd_offset(pudp, vaddr);
 244         if (unlikely(pmd_none(*pmdp)))
 245                 goto err;
 246 #ifdef CONFIG_X86_64
 247         if (unlikely(pmd_large(*pmdp)))
 248                 pte = *(pte_t *) pmdp;
 249         else
 250 #endif
 251                 pte = *pte_offset_kernel(pmdp, vaddr);
 252
 253         local_irq_enable();
 254
 255         if (unlikely(!pte_present(pte) ||
 256                      (write && (!pte_write(pte) || !pte_dirty(pte)))))
 257                 return 1;
 258
 259         *paddr = pte_pfn(pte) << PAGE_SHIFT;
 260         *pageshift = is_vm_hugetlb_page(vma) ? HPAGE_SHIFT : PAGE_SHIFT;
 261         return 0;
 262
 263 err:
 264         local_irq_enable();
 265         return 1;
 266 }
 267
 268 /*
 269  * Drop a TLB entry into the GRU. The fault is described by info in an TFH.
 270  *      Input:
 271  *              cb    Address of user CBR. Null if not running in user context
 272  *      Return:
 273  *                0 = dropin, exception, or switch to UPM successful
 274  *                1 = range invalidate active
 275  *              < 0 = error code
 276  *
 277  */
 278 static int gru_try_dropin(struct gru_thread_state *gts,
 279                           struct gru_tlb_fault_handle *tfh,
 280                           unsigned long __user *cb)
 281 {
 282         struct mm_struct *mm = gts->ts_mm;
 283         struct vm_area_struct *vma;
 284         int pageshift, asid, write, ret;
 285         unsigned long paddr, gpa, vaddr;
 286
 287         /*
 288          * NOTE: The GRU contains magic hardware that eliminates races between
 289          * TLB invalidates and TLB dropins. If an invalidate occurs
 290          * in the window between reading the TFH and the subsequent TLB dropin,
 291          * the dropin is ignored. This eliminates the need for additional locks.
 292          */
 293
 294         /*
 295          * Error if TFH state is IDLE or FMM mode & the user issuing a UPM call.
 296          * Might be a hardware race OR a stupid user. Ignore FMM because FMM
 297          * is a transient state.
 298          */
 299         if (tfh->state == TFHSTATE_IDLE)
 300                 goto failidle;
 301         if (tfh->state == TFHSTATE_MISS_FMM && cb)
 302                 goto failfmm;
 303
 304         write = (tfh->cause & TFHCAUSE_TLB_MOD) != 0;
 305         vaddr = tfh->missvaddr;
 306         asid = tfh->missasid;
 307         if (asid == 0)
 308                 goto failnoasid;
 309
 310         rmb();  /* TFH must be cache resident before reading ms_range_active */
 311
 312         /*
 313          * TFH is cache resident - at least briefly. Fail the dropin
 314          * if a range invalidate is active.
 315          */
 316         if (atomic_read(&gts->ts_gms->ms_range_active))
 317                 goto failactive;
 318
 319         vma = find_vma(mm, vaddr);
 320         if (!vma)
 321                 goto failinval;
 322
 323         /*
 324          * Atomic lookup is faster & usually works even if called in non-atomic
 325          * context.
 326          */
 327         ret = atomic_pte_lookup(vma, vaddr, write, &paddr, &pageshift);
 328         if (ret) {
 329                 if (!cb)
 330                         goto failupm;
 331                 if (non_atomic_pte_lookup(vma, vaddr, write, &paddr,
 332                                           &pageshift))
 333                         goto failinval;
 334         }
 335         if (is_gru_paddr(paddr))
 336                 goto failinval;
 337
 338         paddr = paddr & ~((1UL << pageshift) - 1);
 339         gpa = uv_soc_phys_ram_to_gpa(paddr);
 340         gru_cb_set_istatus_active(cb);
 341         tfh_write_restart(tfh, gpa, GAA_RAM, vaddr, asid, write,
 342                           GRU_PAGESIZE(pageshift));
 343         STAT(tlb_dropin);
 344         gru_dbg(grudev,
 345                 "%s: tfh 0x%p, vaddr 0x%lx, asid 0x%x, ps %d, gpa 0x%lx\n",
 346                 ret ? "non-atomic" : "atomic", tfh, vaddr, asid,
 347                 pageshift, gpa);
 348         return 0;
 349
 350 failnoasid:
 351         /* No asid (delayed unload). */
 352         STAT(tlb_dropin_fail_no_asid);
 353         gru_dbg(grudev, "FAILED no_asid tfh: 0x%p, vaddr 0x%lx\n", tfh, vaddr);
 354         if (!cb)
 355                 tfh_user_polling_mode(tfh);
 356         else
 357                 gru_flush_cache(tfh);
 358         return -EAGAIN;
 359
 360 failupm:
 361         /* Atomic failure switch CBR to UPM */
 362         tfh_user_polling_mode(tfh);
 363         STAT(tlb_dropin_fail_upm);
 364         gru_dbg(grudev, "FAILED upm tfh: 0x%p, vaddr 0x%lx\n", tfh, vaddr);
 365         return 1;
 366
 367 failfmm:
 368         /* FMM state on UPM call */
 369         STAT(tlb_dropin_fail_fmm);
 370         gru_dbg(grudev, "FAILED fmm tfh: 0x%p, state %d\n", tfh, tfh->state);
 371         return 0;
 372
 373 failidle:
 374         /* TFH was idle  - no miss pending */
 375         gru_flush_cache(tfh);
 376         if (cb)
 377                 gru_flush_cache(cb);
 378         STAT(tlb_dropin_fail_idle);
 379         gru_dbg(grudev, "FAILED idle tfh: 0x%p, state %d\n", tfh, tfh->state);
 380         return 0;
 381
 382 failinval:
 383         /* All errors (atomic & non-atomic) switch CBR to EXCEPTION state */
 384         tfh_exception(tfh);
 385         STAT(tlb_dropin_fail_invalid);
 386         gru_dbg(grudev, "FAILED inval tfh: 0x%p, vaddr 0x%lx\n", tfh, vaddr);
 387         return -EFAULT;
 388
 389 failactive:
 390         /* Range invalidate active. Switch to UPM iff atomic */
 391         if (!cb)
 392                 tfh_user_polling_mode(tfh);
 393         else
 394                 gru_flush_cache(tfh);
 395         STAT(tlb_dropin_fail_range_active);
 396         gru_dbg(grudev, "FAILED range active: tfh 0x%p, vaddr 0x%lx\n",
 397                 tfh, vaddr);
 398         return 1;
 399 }
 400
 401 /*
 402  * Process an external interrupt from the GRU. This interrupt is
 403  * caused by a TLB miss.
 404  * Note that this is the interrupt handler that is registered with linux
 405  * interrupt handlers.
 406  */
 407 irqreturn_t gru_intr(int irq, void *dev_id)
 408 {
 409         struct gru_state *gru;
 410         struct gru_tlb_fault_map map;
 411         struct gru_thread_state *gts;
 412         struct gru_tlb_fault_handle *tfh = NULL;
 413         int cbrnum, ctxnum;
 414
 415         STAT(intr);
 416
 417         gru = irq_to_gru(irq);
 418         if (!gru) {
 419                 dev_err(grudev, "GRU: invalid interrupt: cpu %d, irq %d\n",
 420                         raw_smp_processor_id(), irq);
 421                 return IRQ_NONE;
 422         }
 423         get_clear_fault_map(gru, &map);
 424         gru_dbg(grudev, "irq %d, gru %x, map 0x%lx\n", irq, gru->gs_gid,
 425                 map.fault_bits[0]);
 426
 427         for_each_cbr_in_tfm(cbrnum, map.fault_bits) {
 428                 tfh = get_tfh_by_index(gru, cbrnum);
 429                 prefetchw(tfh); /* Helps on hdw, required for emulator */
 430
 431                 /*
 432                  * When hardware sets a bit in the faultmap, it implicitly
 433                  * locks the GRU context so that it cannot be unloaded.
 434                  * The gts cannot change until a TFH start/writestart command
 435                  * is issued.
 436                  */
 437                 ctxnum = tfh->ctxnum;
 438                 gts = gru->gs_gts[ctxnum];
 439
 440                 /*
 441                  * This is running in interrupt context. Trylock the mmap_sem.
 442                  * If it fails, retry the fault in user context.
 443                  */
 444                 if (down_read_trylock(&gts->ts_mm->mmap_sem)) {
 445                         gru_try_dropin(gts, tfh, NULL);
 446                         up_read(&gts->ts_mm->mmap_sem);
 447                 } else {
 448                         tfh_user_polling_mode(tfh);
 449                 }
 450         }
 451         return IRQ_HANDLED;
 452 }
 453
 454
 455 static int gru_user_dropin(struct gru_thread_state *gts,
 456                            struct gru_tlb_fault_handle *tfh,
 457                            unsigned long __user *cb)
 458 {
 459         struct gru_mm_struct *gms = gts->ts_gms;
 460         int ret;
 461
 462         while (1) {
 463                 wait_event(gms->ms_wait_queue,
 464                            atomic_read(&gms->ms_range_active) == 0);
 465                 prefetchw(tfh); /* Helps on hdw, required for emulator */
 466                 ret = gru_try_dropin(gts, tfh, cb);
 467                 if (ret <= 0)
 468                         return ret;
 469                 STAT(call_os_wait_queue);
 470         }
 471 }
 472
 473 /*
 474  * This interface is called as a result of a user detecting a "call OS" bit
 475  * in a user CB. Normally means that a TLB fault has occurred.
 476  *      cb - user virtual address of the CB
 477  */
 478 int gru_handle_user_call_os(unsigned long cb)
 479 {
 480         struct gru_tlb_fault_handle *tfh;
 481         struct gru_thread_state *gts;
 482         unsigned long __user *cbp;
 483         int ucbnum, cbrnum, ret = -EINVAL;
 484
 485         STAT(call_os);
 486         gru_dbg(grudev, "address 0x%lx\n", cb);
 487
 488         /* sanity check the cb pointer */
 489         ucbnum = get_cb_number((void *)cb);
 490         if ((cb & (GRU_HANDLE_STRIDE - 1)) || ucbnum >= GRU_NUM_CB)
 491                 return -EINVAL;
 492         cbp = (unsigned long *)cb;
 493
 494         gts = gru_find_lock_gts(cb);
 495         if (!gts)
 496                 return -EINVAL;
 497
 498         if (ucbnum >= gts->ts_cbr_au_count * GRU_CBR_AU_SIZE) {
 499                 ret = -EINVAL;
 500                 goto exit;
 501         }
 502
 503         /*
 504          * If force_unload is set, the UPM TLB fault is phony. The task
 505          * has migrated to another node and the GSEG must be moved. Just
 506          * unload the context. The task will page fault and assign a new
 507          * context.
 508          */
 509         ret = -EAGAIN;
 510         cbrnum = thread_cbr_number(gts, ucbnum);
 511         if (gts->ts_force_unload) {
 512                 gru_unload_context(gts, 1);
 513         } else if (gts->ts_gru) {
 514                 tfh = get_tfh_by_index(gts->ts_gru, cbrnum);
 515                 ret = gru_user_dropin(gts, tfh, cbp);
 516         }
 517 exit:
 518         gru_unlock_gts(gts);
 519         return ret;
 520 }
 521
 522 /*
 523  * Fetch the exception detail information for a CB that terminated with
 524  * an exception.
 525  */
 526 int gru_get_exception_detail(unsigned long arg)
 527 {
 528         struct control_block_extended_exc_detail excdet;
 529         struct gru_control_block_extended *cbe;
 530         struct gru_thread_state *gts;
 531         int ucbnum, cbrnum, ret;
 532
 533         STAT(user_exception);
 534         if (copy_from_user(&excdet, (void __user *)arg, sizeof(excdet)))
 535                 return -EFAULT;
 536
 537         gru_dbg(grudev, "address 0x%lx\n", excdet.cb);
 538         gts = gru_find_lock_gts(excdet.cb);
 539         if (!gts)
 540                 return -EINVAL;
 541
 542         if (gts->ts_gru) {
 543                 ucbnum = get_cb_number((void *)excdet.cb);
 544                 cbrnum = thread_cbr_number(gts, ucbnum);
 545                 cbe = get_cbe_by_index(gts->ts_gru, cbrnum);
 546                 excdet.opc = cbe->opccpy;
 547                 excdet.exopc = cbe->exopccpy;
 548                 excdet.ecause = cbe->ecause;
 549                 excdet.exceptdet0 = cbe->idef1upd;
 550                 excdet.exceptdet1 = cbe->idef3upd;
 551                 ret = 0;
 552         } else {
 553                 ret = -EAGAIN;
 554         }
 555         gru_unlock_gts(gts);
 556
 557         gru_dbg(grudev, "address 0x%lx, ecause 0x%x\n", excdet.cb,
 558                 excdet.ecause);
 559         if (!ret && copy_to_user((void __user *)arg, &excdet, sizeof(excdet)))
 560                 ret = -EFAULT;
 561         return ret;
 562 }
 563
 564 /*
 565  * User request to unload a context. Content is saved for possible reload.
 566  */
 567 int gru_user_unload_context(unsigned long arg)
 568 {
 569         struct gru_thread_state *gts;
 570         struct gru_unload_context_req req;
 571
 572         STAT(user_unload_context);
 573         if (copy_from_user(&req, (void __user *)arg, sizeof(req)))
 574                 return -EFAULT;
 575
 576         gru_dbg(grudev, "gseg 0x%lx\n", req.gseg);
 577
 578         gts = gru_find_lock_gts(req.gseg);
 579         if (!gts)
 580                 return -EINVAL;
 581
 582         if (gts->ts_gru)
 583                 gru_unload_context(gts, 1);
 584         gru_unlock_gts(gts);
 585
 586         return 0;
 587 }
 588
 589 /*
 590  * User request to flush a range of virtual addresses from the GRU TLB
 591  * (Mainly for testing).
 592  */
 593 int gru_user_flush_tlb(unsigned long arg)
 594 {
 595         struct gru_thread_state *gts;
 596         struct gru_flush_tlb_req req;
 597
 598         STAT(user_flush_tlb);
 599         if (copy_from_user(&req, (void __user *)arg, sizeof(req)))
 600                 return -EFAULT;
 601
 602         gru_dbg(grudev, "gseg 0x%lx, vaddr 0x%lx, len 0x%lx\n", req.gseg,
 603                 req.vaddr, req.len);
 604
 605         gts = gru_find_lock_gts(req.gseg);
 606         if (!gts)
 607                 return -EINVAL;
 608
 609         gru_flush_tlb_range(gts->ts_gms, req.vaddr, req.vaddr + req.len);
 610         gru_unlock_gts(gts);
 611
 612         return 0;
 613 }
 614
 615 /*
 616  * Register the current task as the user of the GSEG slice.
 617  * Needed for TLB fault interrupt targeting.
 618  */
 619 int gru_set_task_slice(long address)
 620 {
 621         struct gru_thread_state *gts;
 622
 623         STAT(set_task_slice);
 624         gru_dbg(grudev, "address 0x%lx\n", address);
 625         gts = gru_alloc_locked_gts(address);
 626         if (!gts)
 627                 return -EINVAL;
 628
 629         gts->ts_tgid_owner = current->tgid;
 630         gru_unlock_gts(gts);
 631
 632         return 0;
 633 }