arch/x86/mm/pageattr.c

   1 /*
   2  * Copyright 2002 Andi Kleen, SuSE Labs.
   3  * Thanks to Ben LaHaise for precious feedback.
   4  */
   5 #include <linux/highmem.h>
   6 #include <linux/bootmem.h>
   7 #include <linux/module.h>
   8 #include <linux/sched.h>
   9 #include <linux/slab.h>
  10 #include <linux/mm.h>
  11
  12 #include <asm/processor.h>
  13 #include <asm/tlbflush.h>
  14 #include <asm/sections.h>
  15 #include <asm/uaccess.h>
  16 #include <asm/pgalloc.h>
  17
  18 /*
  19  * We must allow the BIOS range to be executable:
  20  */
  21 #define BIOS_BEGIN              0x000a0000
  22 #define BIOS_END                0x00100000
  23
  24 static inline int
  25 within(unsigned long addr, unsigned long start, unsigned long end)
  26 {
  27         return addr >= start && addr < end;
  28 }
  29
  30 /*
  31  * Certain areas of memory on x86 require very specific protection flags,
  32  * for example the BIOS area or kernel text. Callers don't always get this
  33  * right (again, ioremap() on BIOS memory is not uncommon) so this function
  34  * checks and fixes these known static required protection bits.
  35  */
  36 static inline pgprot_t static_protections(pgprot_t prot, unsigned long address)
  37 {
  38         pgprot_t forbidden = __pgprot(0);
  39
  40         /*
  41          * The BIOS area between 640k and 1Mb needs to be executable for
  42          * PCI BIOS based config access (CONFIG_PCI_GOBIOS) support.
  43          */
  44         if (within(__pa(address), BIOS_BEGIN, BIOS_END))
  45                 pgprot_val(forbidden) |= _PAGE_NX;
  46
  47         /*
  48          * The kernel text needs to be executable for obvious reasons
  49          * Does not cover __inittext since that is gone later on
  50          */
  51         if (within(address, (unsigned long)_text, (unsigned long)_etext))
  52                 pgprot_val(forbidden) |= _PAGE_NX;
  53
  54 #ifdef CONFIG_DEBUG_RODATA
  55         /* The .rodata section needs to be read-only */
  56         if (within(address, (unsigned long)__start_rodata,
  57                                 (unsigned long)__end_rodata))
  58                 pgprot_val(forbidden) |= _PAGE_RW;
  59 #endif
  60
  61         prot = __pgprot(pgprot_val(prot) & ~pgprot_val(forbidden));
  62
  63         return prot;
  64 }
  65
  66 pte_t *lookup_address(unsigned long address, int *level)
  67 {
  68         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(address);
  69         pud_t *pud;
  70         pmd_t *pmd;
  71
  72         *level = PG_LEVEL_NONE;
  73
  74         if (pgd_none(*pgd))
  75                 return NULL;
  76         pud = pud_offset(pgd, address);
  77         if (pud_none(*pud))
  78                 return NULL;
  79         pmd = pmd_offset(pud, address);
  80         if (pmd_none(*pmd))
  81                 return NULL;
  82
  83         *level = PG_LEVEL_2M;
  84         if (pmd_large(*pmd))
  85                 return (pte_t *)pmd;
  86
  87         *level = PG_LEVEL_4K;
  88         return pte_offset_kernel(pmd, address);
  89 }
  90
  91 static void __set_pmd_pte(pte_t *kpte, unsigned long address, pte_t pte)
  92 {
  93         /* change init_mm */
  94         set_pte_atomic(kpte, pte);
  95 #ifdef CONFIG_X86_32
  96         if (!SHARED_KERNEL_PMD) {
  97                 struct page *page;
  98
  99                 for (page = pgd_list; page; page = (struct page *)page->index) {
 100                         pgd_t *pgd;
 101                         pud_t *pud;
 102                         pmd_t *pmd;
 103
 104                         pgd = (pgd_t *)page_address(page) + pgd_index(address);
 105                         pud = pud_offset(pgd, address);
 106                         pmd = pmd_offset(pud, address);
 107                         set_pte_atomic((pte_t *)pmd, pte);
 108                 }
 109         }
 110 #endif
 111 }
 112
 113 static int split_large_page(pte_t *kpte, unsigned long address)
 114 {
 115         pgprot_t ref_prot = pte_pgprot(pte_clrhuge(*kpte));
 116         gfp_t gfp_flags = GFP_KERNEL;
 117         unsigned long flags;
 118         unsigned long addr;
 119         pte_t *pbase, *tmp;
 120         struct page *base;
 121         int i, level;
 122
 123 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
 124         gfp_flags = GFP_ATOMIC;
 125 #endif
 126         base = alloc_pages(gfp_flags, 0);
 127         if (!base)
 128                 return -ENOMEM;
 129
 130         spin_lock_irqsave(&pgd_lock, flags);
 131         /*
 132          * Check for races, another CPU might have split this page
 133          * up for us already:
 134          */
 135         tmp = lookup_address(address, &level);
 136         if (tmp != kpte) {
 137                 WARN_ON_ONCE(1);
 138                 goto out_unlock;
 139         }
 140
 141         address = __pa(address);
 142         addr = address & LARGE_PAGE_MASK;
 143         pbase = (pte_t *)page_address(base);
 144 #ifdef CONFIG_X86_32
 145         paravirt_alloc_pt(&init_mm, page_to_pfn(base));
 146 #endif
 147
 148         for (i = 0; i < PTRS_PER_PTE; i++, addr += PAGE_SIZE)
 149                 set_pte(&pbase[i], pfn_pte(addr >> PAGE_SHIFT, ref_prot));
 150
 151         /*
 152          * Install the new, split up pagetable. Important detail here:
 153          *
 154          * On Intel the NX bit of all levels must be cleared to make a
 155          * page executable. See section 4.13.2 of Intel 64 and IA-32
 156          * Architectures Software Developer's Manual).
 157          */
 158         ref_prot = pte_pgprot(pte_mkexec(pte_clrhuge(*kpte)));
 159         __set_pmd_pte(kpte, address, mk_pte(base, ref_prot));
 160         base = NULL;
 161
 162 out_unlock:
 163         spin_unlock_irqrestore(&pgd_lock, flags);
 164
 165         if (base)
 166                 __free_pages(base, 0);
 167
 168         return 0;
 169 }
 170
 171 static int
 172 __change_page_attr(unsigned long address, unsigned long pfn, pgprot_t prot)
 173 {
 174         struct page *kpte_page;
 175         int level, err = 0;
 176         pte_t *kpte;
 177
 178 #ifdef CONFIG_X86_32
 179         BUG_ON(pfn > max_low_pfn);
 180 #endif
 181
 182 repeat:
 183         kpte = lookup_address(address, &level);
 184         if (!kpte)
 185                 return -EINVAL;
 186
 187         kpte_page = virt_to_page(kpte);
 188         BUG_ON(PageLRU(kpte_page));
 189         BUG_ON(PageCompound(kpte_page));
 190
 191         prot = static_protections(prot, address);
 192
 193         if (level == PG_LEVEL_4K) {
 194                 set_pte_atomic(kpte, pfn_pte(pfn, canon_pgprot(prot)));
 195         } else {
 196                 err = split_large_page(kpte, address);
 197                 if (!err)
 198                         goto repeat;
 199         }
 200         return err;
 201 }
 202
 203 /**
 204  * change_page_attr_addr - Change page table attributes in linear mapping
 205  * @address: Virtual address in linear mapping.
 206  * @numpages: Number of pages to change
 207  * @prot:    New page table attribute (PAGE_*)
 208  *
 209  * Change page attributes of a page in the direct mapping. This is a variant
 210  * of change_page_attr() that also works on memory holes that do not have
 211  * mem_map entry (pfn_valid() is false).
 212  *
 213  * See change_page_attr() documentation for more details.
 214  *
 215  * Modules and drivers should use the set_memory_* APIs instead.
 216  */
 217
 218 int change_page_attr_addr(unsigned long address, int numpages, pgprot_t prot)
 219 {
 220         int err = 0, kernel_map = 0, i;
 221
 222 #ifdef CONFIG_X86_64
 223         if (address >= __START_KERNEL_map &&
 224                         address < __START_KERNEL_map + KERNEL_TEXT_SIZE) {
 225
 226                 address = (unsigned long)__va(__pa(address));
 227                 kernel_map = 1;
 228         }
 229 #endif
 230
 231         for (i = 0; i < numpages; i++, address += PAGE_SIZE) {
 232                 unsigned long pfn = __pa(address) >> PAGE_SHIFT;
 233
 234                 if (!kernel_map || pte_present(pfn_pte(0, prot))) {
 235                         err = __change_page_attr(address, pfn, prot);
 236                         if (err)
 237                                 break;
 238                 }
 239 #ifdef CONFIG_X86_64
 240                 /*
 241                  * Handle kernel mapping too which aliases part of
 242                  * lowmem:
 243                  */
 244                 if (__pa(address) < KERNEL_TEXT_SIZE) {
 245                         unsigned long addr2;
 246                         pgprot_t prot2;
 247
 248                         addr2 = __START_KERNEL_map + __pa(address);
 249                         /* Make sure the kernel mappings stay executable */
 250                         prot2 = pte_pgprot(pte_mkexec(pfn_pte(0, prot)));
 251                         err = __change_page_attr(addr2, pfn, prot2);
 252                 }
 253 #endif
 254         }
 255
 256         return err;
 257 }
 258
 259 /**
 260  * change_page_attr - Change page table attributes in the linear mapping.
 261  * @page: First page to change
 262  * @numpages: Number of pages to change
 263  * @prot: New protection/caching type (PAGE_*)
 264  *
 265  * Returns 0 on success, otherwise a negated errno.
 266  *
 267  * This should be used when a page is mapped with a different caching policy
 268  * than write-back somewhere - some CPUs do not like it when mappings with
 269  * different caching policies exist. This changes the page attributes of the
 270  * in kernel linear mapping too.
 271  *
 272  * Caller must call global_flush_tlb() later to make the changes active.
 273  *
 274  * The caller needs to ensure that there are no conflicting mappings elsewhere
 275  * (e.g. in user space) * This function only deals with the kernel linear map.
 276  *
 277  * For MMIO areas without mem_map use change_page_attr_addr() instead.
 278  *
 279  * Modules and drivers should use the set_pages_* APIs instead.
 280  */
 281 int change_page_attr(struct page *page, int numpages, pgprot_t prot)
 282 {
 283         unsigned long addr = (unsigned long)page_address(page);
 284
 285         return change_page_attr_addr(addr, numpages, prot);
 286 }
 287 EXPORT_UNUSED_SYMBOL(change_page_attr); /* to be removed in 2.6.27 */
 288
 289 /**
 290  * change_page_attr_set - Change page table attributes in the linear mapping.
 291  * @addr: Virtual address in linear mapping.
 292  * @numpages: Number of pages to change
 293  * @prot: Protection/caching type bits to set (PAGE_*)
 294  *
 295  * Returns 0 on success, otherwise a negated errno.
 296  *
 297  * This should be used when a page is mapped with a different caching policy
 298  * than write-back somewhere - some CPUs do not like it when mappings with
 299  * different caching policies exist. This changes the page attributes of the
 300  * in kernel linear mapping too.
 301  *
 302  * Caller must call global_flush_tlb() later to make the changes active.
 303  *
 304  * The caller needs to ensure that there are no conflicting mappings elsewhere
 305  * (e.g. in user space) * This function only deals with the kernel linear map.
 306  *
 307  * This function is different from change_page_attr() in that only selected bits
 308  * are impacted, all other bits remain as is.
 309  */
 310 int change_page_attr_set(unsigned long addr, int numpages, pgprot_t prot)
 311 {
 312         pgprot_t current_prot;
 313         int level;
 314         pte_t *pte;
 315
 316         pte = lookup_address(addr, &level);
 317         if (pte)
 318                 current_prot = pte_pgprot(*pte);
 319         else
 320                 pgprot_val(current_prot) = 0;
 321
 322         pgprot_val(prot) = pgprot_val(current_prot) | pgprot_val(prot);
 323
 324         return change_page_attr_addr(addr, numpages, prot);
 325 }
 326
 327 /**
 328  * change_page_attr_clear - Change page table attributes in the linear mapping.
 329  * @addr: Virtual address in linear mapping.
 330  * @numpages: Number of pages to change
 331  * @prot: Protection/caching type bits to clear (PAGE_*)
 332  *
 333  * Returns 0 on success, otherwise a negated errno.
 334  *
 335  * This should be used when a page is mapped with a different caching policy
 336  * than write-back somewhere - some CPUs do not like it when mappings with
 337  * different caching policies exist. This changes the page attributes of the
 338  * in kernel linear mapping too.
 339  *
 340  * Caller must call global_flush_tlb() later to make the changes active.
 341  *
 342  * The caller needs to ensure that there are no conflicting mappings elsewhere
 343  * (e.g. in user space) * This function only deals with the kernel linear map.
 344  *
 345  * This function is different from change_page_attr() in that only selected bits
 346  * are impacted, all other bits remain as is.
 347  */
 348 int change_page_attr_clear(unsigned long addr, int numpages, pgprot_t prot)
 349 {
 350         pgprot_t current_prot;
 351         int level;
 352         pte_t *pte;
 353
 354         pte = lookup_address(addr, &level);
 355         if (pte)
 356                 current_prot = pte_pgprot(*pte);
 357         else
 358                 pgprot_val(current_prot) = 0;
 359
 360         pgprot_val(prot) = pgprot_val(current_prot) & ~pgprot_val(prot);
 361
 362         return change_page_attr_addr(addr, numpages, prot);
 363 }
 364
 365
 366
 367 int set_memory_uc(unsigned long addr, int numpages)
 368 {
 369         pgprot_t uncached;
 370
 371         pgprot_val(uncached) = _PAGE_PCD | _PAGE_PWT;
 372         return change_page_attr_set(addr, numpages, uncached);
 373 }
 374 EXPORT_SYMBOL(set_memory_uc);
 375
 376 int set_memory_wb(unsigned long addr, int numpages)
 377 {
 378         pgprot_t uncached;
 379
 380         pgprot_val(uncached) = _PAGE_PCD | _PAGE_PWT;
 381         return change_page_attr_clear(addr, numpages, uncached);
 382 }
 383 EXPORT_SYMBOL(set_memory_wb);
 384
 385 int set_memory_x(unsigned long addr, int numpages)
 386 {
 387         pgprot_t nx;
 388
 389         pgprot_val(nx) = _PAGE_NX;
 390         return change_page_attr_clear(addr, numpages, nx);
 391 }
 392 EXPORT_SYMBOL(set_memory_x);
 393
 394 int set_memory_nx(unsigned long addr, int numpages)
 395 {
 396         pgprot_t nx;
 397
 398         pgprot_val(nx) = _PAGE_NX;
 399         return change_page_attr_set(addr, numpages, nx);
 400 }
 401 EXPORT_SYMBOL(set_memory_nx);
 402
 403 int set_memory_ro(unsigned long addr, int numpages)
 404 {
 405         pgprot_t rw;
 406
 407         pgprot_val(rw) = _PAGE_RW;
 408         return change_page_attr_clear(addr, numpages, rw);
 409 }
 410 EXPORT_SYMBOL(set_memory_ro);
 411
 412 int set_memory_rw(unsigned long addr, int numpages)
 413 {
 414         pgprot_t rw;
 415
 416         pgprot_val(rw) = _PAGE_RW;
 417         return change_page_attr_set(addr, numpages, rw);
 418 }
 419 EXPORT_SYMBOL(set_memory_rw);
 420
 421 int set_pages_uc(struct page *page, int numpages)
 422 {
 423         unsigned long addr = (unsigned long)page_address(page);
 424         pgprot_t uncached;
 425
 426         pgprot_val(uncached) = _PAGE_PCD | _PAGE_PWT;
 427         return change_page_attr_set(addr, numpages, uncached);
 428 }
 429 EXPORT_SYMBOL(set_pages_uc);
 430
 431 int set_pages_wb(struct page *page, int numpages)
 432 {
 433         unsigned long addr = (unsigned long)page_address(page);
 434         pgprot_t uncached;
 435
 436         pgprot_val(uncached) = _PAGE_PCD | _PAGE_PWT;
 437         return change_page_attr_clear(addr, numpages, uncached);
 438 }
 439 EXPORT_SYMBOL(set_pages_wb);
 440
 441 int set_pages_x(struct page *page, int numpages)
 442 {
 443         unsigned long addr = (unsigned long)page_address(page);
 444         pgprot_t nx;
 445
 446         pgprot_val(nx) = _PAGE_NX;
 447         return change_page_attr_clear(addr, numpages, nx);
 448 }
 449 EXPORT_SYMBOL(set_pages_x);
 450
 451 int set_pages_nx(struct page *page, int numpages)
 452 {
 453         unsigned long addr = (unsigned long)page_address(page);
 454         pgprot_t nx;
 455
 456         pgprot_val(nx) = _PAGE_NX;
 457         return change_page_attr_set(addr, numpages, nx);
 458 }
 459 EXPORT_SYMBOL(set_pages_nx);
 460
 461 int set_pages_ro(struct page *page, int numpages)
 462 {
 463         unsigned long addr = (unsigned long)page_address(page);
 464         pgprot_t rw;
 465
 466         pgprot_val(rw) = _PAGE_RW;
 467         return change_page_attr_clear(addr, numpages, rw);
 468 }
 469 EXPORT_SYMBOL(set_pages_ro);
 470
 471 int set_pages_rw(struct page *page, int numpages)
 472 {
 473         unsigned long addr = (unsigned long)page_address(page);
 474         pgprot_t rw;
 475
 476         pgprot_val(rw) = _PAGE_RW;
 477         return change_page_attr_set(addr, numpages, rw);
 478 }
 479 EXPORT_SYMBOL(set_pages_rw);
 480
 481
 482 void clflush_cache_range(void *addr, int size)
 483 {
 484         int i;
 485
 486         for (i = 0; i < size; i += boot_cpu_data.x86_clflush_size)
 487                 clflush(addr+i);
 488 }
 489
 490 static void flush_kernel_map(void *arg)
 491 {
 492         /*
 493          * Flush all to work around Errata in early athlons regarding
 494          * large page flushing.
 495          */
 496         __flush_tlb_all();
 497
 498         if (boot_cpu_data.x86_model >= 4)
 499                 wbinvd();
 500 }
 501
 502 void global_flush_tlb(void)
 503 {
 504         BUG_ON(irqs_disabled());
 505
 506         on_each_cpu(flush_kernel_map, NULL, 1, 1);
 507 }
 508 EXPORT_SYMBOL(global_flush_tlb);
 509
 510 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
 511 void kernel_map_pages(struct page *page, int numpages, int enable)
 512 {
 513         if (PageHighMem(page))
 514                 return;
 515         if (!enable) {
 516                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
 517                                            numpages * PAGE_SIZE);
 518         }
 519
 520         /*
 521          * If page allocator is not up yet then do not call c_p_a():
 522          */
 523         if (!debug_pagealloc_enabled)
 524                 return;
 525
 526         /*
 527          * The return value is ignored - the calls cannot fail,
 528          * large pages are disabled at boot time:
 529          */
 530         change_page_attr(page, numpages, enable ? PAGE_KERNEL : __pgprot(0));
 531
 532         /*
 533          * We should perform an IPI and flush all tlbs,
 534          * but that can deadlock->flush only current cpu:
 535          */
 536         __flush_tlb_all();
 537 }
 538 #endif