Quelle  cec.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 * Copyright (c) 2017-2019 Borislav Petkov, SUSE Labs.
 */
#include <linux/mm.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/ras.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/workqueue.h>

#include <asm/mce.h>

#include "debugfs.h"

/*
 * RAS Correctable Errors Collector
 *
 * This is a simple gadget which collects correctable errors and counts their
 * occurrence per physical page address.
 *
 * We've opted for possibly the simplest data structure to collect those - an
 * array of the size of a memory page. It stores 512 u64's with the following
 * structure:
 *
 * [63 ... PFN ... 12 | 11 ... generation ... 10 | 9 ... count ... 0]
 *
 * The generation in the two highest order bits is two bits which are set to 11b
 * on every insertion. During the course of each entry's existence, the
 * generation field gets decremented during spring cleaning to 10b, then 01b and
 * then 00b.
 *
 * This way we're employing the natural numeric ordering to make sure that newly
 * inserted/touched elements have higher 12-bit counts (which we've manufactured)
 * and thus iterating over the array initially won't kick out those elements
 * which were inserted last.
 *
 * Spring cleaning is what we do when we reach a certain number CLEAN_ELEMS of
 * elements entered into the array, during which, we're decaying all elements.
 * If, after decay, an element gets inserted again, its generation is set to 11b
 * to make sure it has higher numerical count than other, older elements and
 * thus emulate an LRU-like behavior when deleting elements to free up space
 * in the page.
 *
 * When an element reaches it's max count of action_threshold, we try to poison
 * it by assuming that errors triggered action_threshold times in a single page
 * are excessive and that page shouldn't be used anymore. action_threshold is
 * initialized to COUNT_MASK which is the maximum.
 *
 * That error event entry causes cec_add_elem() to return !0 value and thus
 * signal to its callers to log the error.
 *
 * To the question why we've chosen a page and moving elements around with
 * memmove(), it is because it is a very simple structure to handle and max data
 * movement is 4K which on highly optimized modern CPUs is almost unnoticeable.
 * We wanted to avoid the pointer traversal of more complex structures like a
 * linked list or some sort of a balancing search tree.
 *
 * Deleting an element takes O(n) but since it is only a single page, it should
 * be fast enough and it shouldn't happen all too often depending on error
 * patterns.
 */

#undef pr_fmt
#define pr_fmt(fmt) "RAS: " fmt

/*
 * We use DECAY_BITS bits of PAGE_SHIFT bits for counting decay, i.e., how long
 * elements have stayed in the array without having been accessed again.
 */
#define DECAY_BITS  2
#define DECAY_MASK  ((1ULL << DECAY_BITS) - 1)
#define MAX_ELEMS  (PAGE_SIZE / sizeof(u64))

/*
 * Threshold amount of inserted elements after which we start spring
 * cleaning.
 */
#define CLEAN_ELEMS  (MAX_ELEMS >> DECAY_BITS)

/* Bits which count the number of errors happened in this 4K page. */
#define COUNT_BITS  (PAGE_SHIFT - DECAY_BITS)
#define COUNT_MASK  ((1ULL << COUNT_BITS) - 1)
#define FULL_COUNT_MASK  (PAGE_SIZE - 1)

/*
 * u64: [ 63 ... 12 | DECAY_BITS | COUNT_BITS ]
 */

#define PFN(e)   ((e) >> PAGE_SHIFT)
#define DECAY(e)  (((e) >> COUNT_BITS) & DECAY_MASK)
#define COUNT(e)  ((unsigned int)(e) & COUNT_MASK)
#define FULL_COUNT(e)  ((e) & (PAGE_SIZE - 1))

static struct ce_array {
 u64 *array;   /* container page */
 unsigned int n;   /* number of elements in the array */

 unsigned int decay_count; /*
 * number of element insertions/increments
 * since the last spring cleaning.
 */

 u64 pfns_poisoned;  /*
 * number of PFNs which got poisoned.
 */

 u64 ces_entered;  /*
 * The number of correctable errors
 * entered into the collector.
 */

 u64 decays_done;  /*
 * Times we did spring cleaning.
 */

 union {
  struct {
   __u32 disabled : 1, /* cmdline disabled */
   __resv   : 31;
  };
  __u32 flags;
 };
} ce_arr;

static DEFINE_MUTEX(ce_mutex);
static u64 dfs_pfn;

/* Amount of errors after which we offline */
static u64 action_threshold = COUNT_MASK;

/* Each element "decays" each decay_interval which is 24hrs by default. */
#define CEC_DECAY_DEFAULT_INTERVAL 24 * 60 * 60 /* 24 hrs */
#define CEC_DECAY_MIN_INTERVAL   1 * 60 * 60 /* 1h */
#define CEC_DECAY_MAX_INTERVAL    30 * 24 * 60 * 60 /* one month */
static struct delayed_work cec_work;
static u64 decay_interval = CEC_DECAY_DEFAULT_INTERVAL;

/*
 * Decrement decay value. We're using DECAY_BITS bits to denote decay of an
 * element in the array. On insertion and any access, it gets reset to max.
 */
static void do_spring_cleaning(struct ce_array *ca)
{
 int i;

 for (i = 0; i < ca->n; i++) {
  u8 decay = DECAY(ca->array[i]);

  if (!decay)
   continue;

  decay--;

  ca->array[i] &= ~(DECAY_MASK << COUNT_BITS);
  ca->array[i] |= (decay << COUNT_BITS);
 }
 ca->decay_count = 0;
 ca->decays_done++;
}

/*
 * @interval in seconds
 */
static void cec_mod_work(unsigned long interval)
{
 unsigned long iv;

 iv = interval * HZ;
 mod_delayed_work(system_wq, &cec_work, round_jiffies(iv));
}

static void cec_work_fn(struct work_struct *work)
{
 mutex_lock(&ce_mutex);
 do_spring_cleaning(&ce_arr);
 mutex_unlock(&ce_mutex);

 cec_mod_work(decay_interval);
}

/*
 * @to: index of the smallest element which is >= then @pfn.
 *
 * Return the index of the pfn if found, otherwise negative value.
 */
static int __find_elem(struct ce_array *ca, u64 pfn, unsigned int *to)
{
 int min = 0, max = ca->n - 1;
 u64 this_pfn;

 while (min <= max) {
  int i = (min + max) >> 1;

  this_pfn = PFN(ca->array[i]);

  if (this_pfn < pfn)
   min = i + 1;
  else if (this_pfn > pfn)
   max = i - 1;
  else if (this_pfn == pfn) {
   if (to)
    *to = i;

   return i;
  }
 }

 /*
 * When the loop terminates without finding @pfn, min has the index of
 * the element slot where the new @pfn should be inserted. The loop
 * terminates when min > max, which means the min index points to the
 * bigger element while the max index to the smaller element, in-between
 * which the new @pfn belongs to.
 *
 * For more details, see exercise 1, Section 6.2.1 in TAOCP, vol. 3.
 */
 if (to)
  *to = min;

 return -ENOKEY;
}

static int find_elem(struct ce_array *ca, u64 pfn, unsigned int *to)
{
 WARN_ON(!to);

 if (!ca->n) {
  *to = 0;
  return -ENOKEY;
 }
 return __find_elem(ca, pfn, to);
}

static void del_elem(struct ce_array *ca, int idx)
{
 /* Save us a function call when deleting the last element. */
 if (ca->n - (idx + 1))
  memmove((void *)&ca->array[idx],
   (void *)&ca->array[idx + 1],
   (ca->n - (idx + 1)) * sizeof(u64));

 ca->n--;
}

static u64 del_lru_elem_unlocked(struct ce_array *ca)
{
 unsigned int min = FULL_COUNT_MASK;
 int i, min_idx = 0;

 for (i = 0; i < ca->n; i++) {
  unsigned int this = FULL_COUNT(ca->array[i]);

  if (min > this) {
   min = this;
   min_idx = i;
  }
 }

 del_elem(ca, min_idx);

 return PFN(ca->array[min_idx]);
}

/*
 * We return the 0th pfn in the error case under the assumption that it cannot
 * be poisoned and excessive CEs in there are a serious deal anyway.
 */
static u64 __maybe_unused del_lru_elem(void)
{
 struct ce_array *ca = &ce_arr;
 u64 pfn;

 if (!ca->n)
  return 0;

 mutex_lock(&ce_mutex);
 pfn = del_lru_elem_unlocked(ca);
 mutex_unlock(&ce_mutex);

 return pfn;
}

static bool sanity_check(struct ce_array *ca)
{
 bool ret = false;
 u64 prev = 0;
 int i;

 for (i = 0; i < ca->n; i++) {
  u64 this = PFN(ca->array[i]);

  if (WARN(prev > this, "prev: 0x%016llx <-> this: 0x%016llx\n", prev, this))
   ret = true;

  prev = this;
 }

 if (!ret)
  return ret;

 pr_info("Sanity check dump:\n{ n: %d\n", ca->n);
 for (i = 0; i < ca->n; i++) {
  u64 this = PFN(ca->array[i]);

  pr_info(" %03d: [%016llx|%03llx]\n", i, this, FULL_COUNT(ca->array[i]));
 }
 pr_info("}\n");

 return ret;
}

/**
 * cec_add_elem - Add an element to the CEC array.
 * @pfn: page frame number to insert
 *
 * Return values:
 * - <0: on error
 * -  0: on success
 * - >0: when the inserted pfn was offlined
 */
static int cec_add_elem(u64 pfn)
{
 struct ce_array *ca = &ce_arr;
 int count, err, ret = 0;
 unsigned int to = 0;

 /*
 * We can be called very early on the identify_cpu() path where we are
 * not initialized yet. We ignore the error for simplicity.
 */
 if (!ce_arr.array || ce_arr.disabled)
  return -ENODEV;

 mutex_lock(&ce_mutex);

 ca->ces_entered++;

 /* Array full, free the LRU slot. */
 if (ca->n == MAX_ELEMS)
  WARN_ON(!del_lru_elem_unlocked(ca));

 err = find_elem(ca, pfn, &to);
 if (err < 0) {
  /*
 * Shift range [to-end] to make room for one more element.
 */
  memmove((void *)&ca->array[to + 1],
   (void *)&ca->array[to],
   (ca->n - to) * sizeof(u64));

  ca->array[to] = pfn << PAGE_SHIFT;
  ca->n++;
 }

 /* Add/refresh element generation and increment count */
 ca->array[to] |= DECAY_MASK << COUNT_BITS;
 ca->array[to]++;

 /* Check action threshold and soft-offline, if reached. */
 count = COUNT(ca->array[to]);
 if (count >= action_threshold) {
  u64 pfn = ca->array[to] >> PAGE_SHIFT;

  if (!pfn_valid(pfn)) {
   pr_warn("CEC: Invalid pfn: 0x%llx\n", pfn);
  } else {
   /* We have reached max count for this page, soft-offline it. */
   pr_err("Soft-offlining pfn: 0x%llx\n", pfn);
   memory_failure_queue(pfn, MF_SOFT_OFFLINE);
   ca->pfns_poisoned++;
  }

  del_elem(ca, to);

  /*
 * Return a >0 value to callers, to denote that we've reached
 * the offlining threshold.
 */
  ret = 1;

  goto unlock;
 }

 ca->decay_count++;

 if (ca->decay_count >= CLEAN_ELEMS)
  do_spring_cleaning(ca);

 WARN_ON_ONCE(sanity_check(ca));

unlock:
 mutex_unlock(&ce_mutex);

 return ret;
}

static int u64_get(void *data, u64 *val)
{
 *val = *(u64 *)data;

 return 0;
}

static int pfn_set(void *data, u64 val)
{
 *(u64 *)data = val;

 cec_add_elem(val);

 return 0;
}

DEFINE_DEBUGFS_ATTRIBUTE(pfn_ops, u64_get, pfn_set, "0x%llx\n");

static int decay_interval_set(void *data, u64 val)
{
 if (val < CEC_DECAY_MIN_INTERVAL)
  return -EINVAL;

 if (val > CEC_DECAY_MAX_INTERVAL)
  return -EINVAL;

 *(u64 *)data   = val;
 decay_interval = val;

 cec_mod_work(decay_interval);

 return 0;
}
DEFINE_DEBUGFS_ATTRIBUTE(decay_interval_ops, u64_get, decay_interval_set, "%lld\n");

static int action_threshold_set(void *data, u64 val)
{
 *(u64 *)data = val;

 if (val > COUNT_MASK)
  val = COUNT_MASK;

 action_threshold = val;

 return 0;
}
DEFINE_DEBUGFS_ATTRIBUTE(action_threshold_ops, u64_get, action_threshold_set, "%lld\n");

static const char * const bins[] = { "00", "01", "10", "11" };

static int array_show(struct seq_file *m, void *v)
{
 struct ce_array *ca = &ce_arr;
 int i;

 mutex_lock(&ce_mutex);

 seq_printf(m, "{ n: %d\n", ca->n);
 for (i = 0; i < ca->n; i++) {
  u64 this = PFN(ca->array[i]);

  seq_printf(m, " %3d: [%016llx|%s|%03llx]\n",
      i, this, bins[DECAY(ca->array[i])], COUNT(ca->array[i]));
 }

 seq_printf(m, "}\n");

 seq_printf(m, "Stats:\nCEs: %llu\nofflined pages: %llu\n",
     ca->ces_entered, ca->pfns_poisoned);

 seq_printf(m, "Flags: 0x%x\n", ca->flags);

 seq_printf(m, "Decay interval: %lld seconds\n", decay_interval);
 seq_printf(m, "Decays: %lld\n", ca->decays_done);

 seq_printf(m, "Action threshold: %lld\n", action_threshold);

 mutex_unlock(&ce_mutex);

 return 0;
}

DEFINE_SHOW_ATTRIBUTE(array);

static int __init create_debugfs_nodes(void)
{
 struct dentry *d, *pfn, *decay, *count, *array, *dfs;

 dfs = ras_get_debugfs_root();
 if (!dfs) {
  pr_warn("Error getting RAS debugfs root!\n");
  return -1;
 }

 d = debugfs_create_dir("cec", dfs);
 if (!d) {
  pr_warn("Error creating cec debugfs node!\n");
  return -1;
 }

 decay = debugfs_create_file("decay_interval", S_IRUSR | S_IWUSR, d,
        &decay_interval, &decay_interval_ops);
 if (!decay) {
  pr_warn("Error creating decay_interval debugfs node!\n");
  goto err;
 }

 count = debugfs_create_file("action_threshold", S_IRUSR | S_IWUSR, d,
        &action_threshold, &action_threshold_ops);
 if (!count) {
  pr_warn("Error creating action_threshold debugfs node!\n");
  goto err;
 }

 if (!IS_ENABLED(CONFIG_RAS_CEC_DEBUG))
  return 0;

 pfn = debugfs_create_file("pfn", S_IRUSR | S_IWUSR, d, &dfs_pfn, &pfn_ops);
 if (!pfn) {
  pr_warn("Error creating pfn debugfs node!\n");
  goto err;
 }

 array = debugfs_create_file("array", S_IRUSR, d, NULL, &array_fops);
 if (!array) {
  pr_warn("Error creating array debugfs node!\n");
  goto err;
 }

 return 0;

err:
 debugfs_remove_recursive(d);

 return 1;
}

static int cec_notifier(struct notifier_block *nb, unsigned long val,
   void *data)
{
 struct mce *m = (struct mce *)data;

 if (!m)
  return NOTIFY_DONE;

 /* We eat only correctable DRAM errors with usable addresses. */
 if (mce_is_memory_error(m) &&
     mce_is_correctable(m)  &&
     mce_usable_address(m)) {
  if (!cec_add_elem(m->addr >> PAGE_SHIFT)) {
   m->kflags |= MCE_HANDLED_CEC;
   return NOTIFY_OK;
  }
 }

 return NOTIFY_DONE;
}

static struct notifier_block cec_nb = {
 .notifier_call = cec_notifier,
 .priority = MCE_PRIO_CEC,
};

static int __init cec_init(void)
{
 if (ce_arr.disabled)
  return -ENODEV;

 /*
 * Intel systems may avoid uncorrectable errors
 * if pages with corrected errors are aggressively
 * taken offline.
 */
 if (boot_cpu_data.x86_vendor == X86_VENDOR_INTEL)
  action_threshold = 2;

 ce_arr.array = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 if (!ce_arr.array) {
  pr_err("Error allocating CE array page!\n");
  return -ENOMEM;
 }

 if (create_debugfs_nodes()) {
  free_page((unsigned long)ce_arr.array);
  return -ENOMEM;
 }

 INIT_DELAYED_WORK(&cec_work, cec_work_fn);
 schedule_delayed_work(&cec_work, CEC_DECAY_DEFAULT_INTERVAL);

 mce_register_decode_chain(&cec_nb);

 pr_info("Correctable Errors collector initialized.\n");
 return 0;
}
late_initcall(cec_init);

int __init parse_cec_param(char *str)
{
 if (!str)
  return 0;

 if (*str == '=')
  str++;

 if (!strcmp(str, "cec_disable"))
  ce_arr.disabled = 1;
 else
  return 0;

 return 1;
}