]> git.proxmox.com Git - mirror_ubuntu-bionic-kernel.git/blobdiff - arch/x86/include/asm/tlbflush.h
x86/mm: Remove preempt_disable/enable() from __native_flush_tlb()
[mirror_ubuntu-bionic-kernel.git] / arch / x86 / include / asm / tlbflush.h
index 509046cfa5ce893357366348468a5c5ff8e86a09..f9b48ce152ebac21d9f8d67824234d7ead0325cc 100644 (file)
 #include <asm/cpufeature.h>
 #include <asm/special_insns.h>
 #include <asm/smp.h>
+#include <asm/invpcid.h>
+#include <asm/pti.h>
+#include <asm/processor-flags.h>
 
-static inline void __invpcid(unsigned long pcid, unsigned long addr,
-                            unsigned long type)
-{
-       struct { u64 d[2]; } desc = { { pcid, addr } };
+/*
+ * The x86 feature is called PCID (Process Context IDentifier). It is similar
+ * to what is traditionally called ASID on the RISC processors.
+ *
+ * We don't use the traditional ASID implementation, where each process/mm gets
+ * its own ASID and flush/restart when we run out of ASID space.
+ *
+ * Instead we have a small per-cpu array of ASIDs and cache the last few mm's
+ * that came by on this CPU, allowing cheaper switch_mm between processes on
+ * this CPU.
+ *
+ * We end up with different spaces for different things. To avoid confusion we
+ * use different names for each of them:
+ *
+ * ASID  - [0, TLB_NR_DYN_ASIDS-1]
+ *         the canonical identifier for an mm
+ *
+ * kPCID - [1, TLB_NR_DYN_ASIDS]
+ *         the value we write into the PCID part of CR3; corresponds to the
+ *         ASID+1, because PCID 0 is special.
+ *
+ * uPCID - [2048 + 1, 2048 + TLB_NR_DYN_ASIDS]
+ *         for KPTI each mm has two address spaces and thus needs two
+ *         PCID values, but we can still do with a single ASID denomination
+ *         for each mm. Corresponds to kPCID + 2048.
+ *
+ */
 
-       /*
-        * The memory clobber is because the whole point is to invalidate
-        * stale TLB entries and, especially if we're flushing global
-        * mappings, we don't want the compiler to reorder any subsequent
-        * memory accesses before the TLB flush.
-        *
-        * The hex opcode is invpcid (%ecx), %eax in 32-bit mode and
-        * invpcid (%rcx), %rax in long mode.
-        */
-       asm volatile (".byte 0x66, 0x0f, 0x38, 0x82, 0x01"
-                     : : "m" (desc), "a" (type), "c" (&desc) : "memory");
-}
+/* There are 12 bits of space for ASIDS in CR3 */
+#define CR3_HW_ASID_BITS               12
 
-#define INVPCID_TYPE_INDIV_ADDR                0
-#define INVPCID_TYPE_SINGLE_CTXT       1
-#define INVPCID_TYPE_ALL_INCL_GLOBAL   2
-#define INVPCID_TYPE_ALL_NON_GLOBAL    3
+/*
+ * When enabled, PAGE_TABLE_ISOLATION consumes a single bit for
+ * user/kernel switches
+ */
+#ifdef CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION
+# define PTI_CONSUMED_PCID_BITS        1
+#else
+# define PTI_CONSUMED_PCID_BITS        0
+#endif
 
-/* Flush all mappings for a given pcid and addr, not including globals. */
-static inline void invpcid_flush_one(unsigned long pcid,
-                                    unsigned long addr)
-{
-       __invpcid(pcid, addr, INVPCID_TYPE_INDIV_ADDR);
-}
+#define CR3_AVAIL_PCID_BITS (X86_CR3_PCID_BITS - PTI_CONSUMED_PCID_BITS)
+
+/*
+ * ASIDs are zero-based: 0->MAX_AVAIL_ASID are valid.  -1 below to account
+ * for them being zero-based.  Another -1 is because PCID 0 is reserved for
+ * use by non-PCID-aware users.
+ */
+#define MAX_ASID_AVAILABLE ((1 << CR3_AVAIL_PCID_BITS) - 2)
+
+/*
+ * 6 because 6 should be plenty and struct tlb_state will fit in two cache
+ * lines.
+ */
+#define TLB_NR_DYN_ASIDS       6
 
-/* Flush all mappings for a given PCID, not including globals. */
-static inline void invpcid_flush_single_context(unsigned long pcid)
+/*
+ * Given @asid, compute kPCID
+ */
+static inline u16 kern_pcid(u16 asid)
 {
-       __invpcid(pcid, 0, INVPCID_TYPE_SINGLE_CTXT);
+       VM_WARN_ON_ONCE(asid > MAX_ASID_AVAILABLE);
+
+#ifdef CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION
+       /*
+        * Make sure that the dynamic ASID space does not confict with the
+        * bit we are using to switch between user and kernel ASIDs.
+        */
+       BUILD_BUG_ON(TLB_NR_DYN_ASIDS >= (1 << X86_CR3_PTI_SWITCH_BIT));
+
+       /*
+        * The ASID being passed in here should have respected the
+        * MAX_ASID_AVAILABLE and thus never have the switch bit set.
+        */
+       VM_WARN_ON_ONCE(asid & (1 << X86_CR3_PTI_SWITCH_BIT));
+#endif
+       /*
+        * The dynamically-assigned ASIDs that get passed in are small
+        * (<TLB_NR_DYN_ASIDS).  They never have the high switch bit set,
+        * so do not bother to clear it.
+        *
+        * If PCID is on, ASID-aware code paths put the ASID+1 into the
+        * PCID bits.  This serves two purposes.  It prevents a nasty
+        * situation in which PCID-unaware code saves CR3, loads some other
+        * value (with PCID == 0), and then restores CR3, thus corrupting
+        * the TLB for ASID 0 if the saved ASID was nonzero.  It also means
+        * that any bugs involving loading a PCID-enabled CR3 with
+        * CR4.PCIDE off will trigger deterministically.
+        */
+       return asid + 1;
 }
 
-/* Flush all mappings, including globals, for all PCIDs. */
-static inline void invpcid_flush_all(void)
+/*
+ * Given @asid, compute uPCID
+ */
+static inline u16 user_pcid(u16 asid)
 {
-       __invpcid(0, 0, INVPCID_TYPE_ALL_INCL_GLOBAL);
+       u16 ret = kern_pcid(asid);
+#ifdef CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION
+       ret |= 1 << X86_CR3_PTI_SWITCH_BIT;
+#endif
+       return ret;
 }
 
-/* Flush all mappings for all PCIDs except globals. */
-static inline void invpcid_flush_all_nonglobals(void)
+struct pgd_t;
+static inline unsigned long build_cr3(pgd_t *pgd, u16 asid)
 {
-       __invpcid(0, 0, INVPCID_TYPE_ALL_NON_GLOBAL);
+       if (static_cpu_has(X86_FEATURE_PCID)) {
+               return __sme_pa(pgd) | kern_pcid(asid);
+       } else {
+               VM_WARN_ON_ONCE(asid != 0);
+               return __sme_pa(pgd);
+       }
 }
 
-static inline u64 inc_mm_tlb_gen(struct mm_struct *mm)
+static inline unsigned long build_cr3_noflush(pgd_t *pgd, u16 asid)
 {
-       u64 new_tlb_gen;
-
-       /*
-        * Bump the generation count.  This also serves as a full barrier
-        * that synchronizes with switch_mm(): callers are required to order
-        * their read of mm_cpumask after their writes to the paging
-        * structures.
-        */
-       smp_mb__before_atomic();
-       new_tlb_gen = atomic64_inc_return(&mm->context.tlb_gen);
-       smp_mb__after_atomic();
-
-       return new_tlb_gen;
+       VM_WARN_ON_ONCE(asid > MAX_ASID_AVAILABLE);
+       VM_WARN_ON_ONCE(!this_cpu_has(X86_FEATURE_PCID));
+       return __sme_pa(pgd) | kern_pcid(asid) | CR3_NOFLUSH;
 }
 
 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
@@ -99,12 +159,6 @@ static inline bool tlb_defer_switch_to_init_mm(void)
        return !static_cpu_has(X86_FEATURE_PCID);
 }
 
-/*
- * 6 because 6 should be plenty and struct tlb_state will fit in
- * two cache lines.
- */
-#define TLB_NR_DYN_ASIDS 6
-
 struct tlb_context {
        u64 ctx_id;
        u64 tlb_gen;
@@ -138,6 +192,24 @@ struct tlb_state {
         */
        bool is_lazy;
 
+       /*
+        * If set we changed the page tables in such a way that we
+        * needed an invalidation of all contexts (aka. PCIDs / ASIDs).
+        * This tells us to go invalidate all the non-loaded ctxs[]
+        * on the next context switch.
+        *
+        * The current ctx was kept up-to-date as it ran and does not
+        * need to be invalidated.
+        */
+       bool invalidate_other;
+
+       /*
+        * Mask that contains TLB_NR_DYN_ASIDS+1 bits to indicate
+        * the corresponding user PCID needs a flush next time we
+        * switch to it; see SWITCH_TO_USER_CR3.
+        */
+       unsigned short user_pcid_flush_mask;
+
        /*
         * Access to this CR4 shadow and to H/W CR4 is protected by
         * disabling interrupts when modifying either one.
@@ -215,6 +287,14 @@ static inline unsigned long cr4_read_shadow(void)
        return this_cpu_read(cpu_tlbstate.cr4);
 }
 
+/*
+ * Mark all other ASIDs as invalid, preserves the current.
+ */
+static inline void invalidate_other_asid(void)
+{
+       this_cpu_write(cpu_tlbstate.invalidate_other, true);
+}
+
 /*
  * Save some of cr4 feature set we're using (e.g.  Pentium 4MB
  * enable and PPro Global page enable), so that any CPU's that boot
@@ -234,37 +314,63 @@ static inline void cr4_set_bits_and_update_boot(unsigned long mask)
 
 extern void initialize_tlbstate_and_flush(void);
 
-static inline void __native_flush_tlb(void)
+/*
+ * Given an ASID, flush the corresponding user ASID.  We can delay this
+ * until the next time we switch to it.
+ *
+ * See SWITCH_TO_USER_CR3.
+ */
+static inline void invalidate_user_asid(u16 asid)
 {
+       /* There is no user ASID if address space separation is off */
+       if (!IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION))
+               return;
+
        /*
-        * If current->mm == NULL then we borrow a mm which may change during a
-        * task switch and therefore we must not be preempted while we write CR3
-        * back:
+        * We only have a single ASID if PCID is off and the CR3
+        * write will have flushed it.
         */
-       preempt_disable();
-       native_write_cr3(__native_read_cr3());
-       preempt_enable();
+       if (!cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PCID))
+               return;
+
+       if (!static_cpu_has(X86_FEATURE_PTI))
+               return;
+
+       __set_bit(kern_pcid(asid),
+                 (unsigned long *)this_cpu_ptr(&cpu_tlbstate.user_pcid_flush_mask));
 }
 
-static inline void __native_flush_tlb_global_irq_disabled(void)
+/*
+ * flush the entire current user mapping
+ */
+static inline void __native_flush_tlb(void)
 {
-       unsigned long cr4;
+       /*
+        * Preemption or interrupts must be disabled to protect the access
+        * to the per CPU variable and to prevent being preempted between
+        * read_cr3() and write_cr3().
+        */
+       WARN_ON_ONCE(preemptible());
 
-       cr4 = this_cpu_read(cpu_tlbstate.cr4);
-       /* clear PGE */
-       native_write_cr4(cr4 & ~X86_CR4_PGE);
-       /* write old PGE again and flush TLBs */
-       native_write_cr4(cr4);
+       invalidate_user_asid(this_cpu_read(cpu_tlbstate.loaded_mm_asid));
+
+       /* If current->mm == NULL then the read_cr3() "borrows" an mm */
+       native_write_cr3(__native_read_cr3());
 }
 
+/*
+ * flush everything
+ */
 static inline void __native_flush_tlb_global(void)
 {
-       unsigned long flags;
+       unsigned long cr4, flags;
 
        if (static_cpu_has(X86_FEATURE_INVPCID)) {
                /*
                 * Using INVPCID is considerably faster than a pair of writes
                 * to CR4 sandwiched inside an IRQ flag save/restore.
+                *
+                * Note, this works with CR4.PCIDE=0 or 1.
                 */
                invpcid_flush_all();
                return;
@@ -277,36 +383,69 @@ static inline void __native_flush_tlb_global(void)
         */
        raw_local_irq_save(flags);
 
-       __native_flush_tlb_global_irq_disabled();
+       cr4 = this_cpu_read(cpu_tlbstate.cr4);
+       /* toggle PGE */
+       native_write_cr4(cr4 ^ X86_CR4_PGE);
+       /* write old PGE again and flush TLBs */
+       native_write_cr4(cr4);
 
        raw_local_irq_restore(flags);
 }
 
+/*
+ * flush one page in the user mapping
+ */
 static inline void __native_flush_tlb_single(unsigned long addr)
 {
+       u32 loaded_mm_asid = this_cpu_read(cpu_tlbstate.loaded_mm_asid);
+
        asm volatile("invlpg (%0)" ::"r" (addr) : "memory");
+
+       if (!static_cpu_has(X86_FEATURE_PTI))
+               return;
+
+       /*
+        * Some platforms #GP if we call invpcid(type=1/2) before CR4.PCIDE=1.
+        * Just use invalidate_user_asid() in case we are called early.
+        */
+       if (!this_cpu_has(X86_FEATURE_INVPCID_SINGLE))
+               invalidate_user_asid(loaded_mm_asid);
+       else
+               invpcid_flush_one(user_pcid(loaded_mm_asid), addr);
 }
 
+/*
+ * flush everything
+ */
 static inline void __flush_tlb_all(void)
 {
-       if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE))
+       if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
                __flush_tlb_global();
-       else
+       } else {
+               /*
+                * !PGE -> !PCID (setup_pcid()), thus every flush is total.
+                */
                __flush_tlb();
-
-       /*
-        * Note: if we somehow had PCID but not PGE, then this wouldn't work --
-        * we'd end up flushing kernel translations for the current ASID but
-        * we might fail to flush kernel translations for other cached ASIDs.
-        *
-        * To avoid this issue, we force PCID off if PGE is off.
-        */
+       }
 }
 
+/*
+ * flush one page in the kernel mapping
+ */
 static inline void __flush_tlb_one(unsigned long addr)
 {
        count_vm_tlb_event(NR_TLB_LOCAL_FLUSH_ONE);
        __flush_tlb_single(addr);
+
+       if (!static_cpu_has(X86_FEATURE_PTI))
+               return;
+
+       /*
+        * __flush_tlb_single() will have cleared the TLB entry for this ASID,
+        * but since kernel space is replicated across all, we must also
+        * invalidate all others.
+        */
+       invalidate_other_asid();
 }
 
 #define TLB_FLUSH_ALL  -1UL
@@ -367,6 +506,17 @@ static inline void flush_tlb_page(struct vm_area_struct *vma, unsigned long a)
 void native_flush_tlb_others(const struct cpumask *cpumask,
                             const struct flush_tlb_info *info);
 
+static inline u64 inc_mm_tlb_gen(struct mm_struct *mm)
+{
+       /*
+        * Bump the generation count.  This also serves as a full barrier
+        * that synchronizes with switch_mm(): callers are required to order
+        * their read of mm_cpumask after their writes to the paging
+        * structures.
+        */
+       return atomic64_inc_return(&mm->context.tlb_gen);
+}
+
 static inline void arch_tlbbatch_add_mm(struct arch_tlbflush_unmap_batch *batch,
                                        struct mm_struct *mm)
 {