SSL vmid.c

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 * VMID allocator.
 *
 * Based on Arm64 ASID allocator algorithm.
 * Please refer arch/arm64/mm/context.c for detailed
 * comments on algorithm.
 *
 * Copyright (C) 2002-2003 Deep Blue Solutions Ltd, all rights reserved.
 * Copyright (C) 2012 ARM Ltd.
 */

#include <linux/bitfield.h>
#include <linux/bitops.h>

#include <asm/kvm_asm.h>
#include <asm/kvm_mmu.h>

unsigned int __ro_after_init kvm_arm_vmid_bits;
static DEFINE_RAW_SPINLOCK(cpu_vmid_lock);

static atomic64_t vmid_generation;
static unsigned long *vmid_map;

static DEFINE_PER_CPU(atomic64_t, active_vmids);
static DEFINE_PER_CPU(u64, reserved_vmids);

#define VMID_MASK  (~GENMASK(kvm_arm_vmid_bits - 1, 0))
#define VMID_FIRST_VERSION (1UL << kvm_arm_vmid_bits)

#define NUM_USER_VMIDS  VMID_FIRST_VERSION
#define vmid2idx(vmid)  ((vmid) & ~VMID_MASK)
#define idx2vmid(idx)  vmid2idx(idx)

/*
 * As vmid #0 is always reserved, we will never allocate one
 * as below and can be treated as invalid. This is used to
 * set the active_vmids on vCPU schedule out.
 */
#define VMID_ACTIVE_INVALID  VMID_FIRST_VERSION

#define vmid_gen_match(vmid) \
 (!(((vmid) ^ atomic64_read(&vmid_generation)) >> kvm_arm_vmid_bits))

static void flush_context(void)
{
 int cpu;
 u64 vmid;

 bitmap_zero(vmid_map, NUM_USER_VMIDS);

 for_each_possible_cpu(cpu) {
  vmid = atomic64_xchg_relaxed(&per_cpu(active_vmids, cpu), 0);

  /* Preserve reserved VMID */
  if (vmid == 0)
   vmid = per_cpu(reserved_vmids, cpu);
  __set_bit(vmid2idx(vmid), vmid_map);
  per_cpu(reserved_vmids, cpu) = vmid;
 }

 /*
 * Unlike ASID allocator, we expect less frequent rollover in
 * case of VMIDs. Hence, instead of marking the CPU as
 * flush_pending and issuing a local context invalidation on
 * the next context-switch, we broadcast TLB flush + I-cache
 * invalidation over the inner shareable domain on rollover.
 */
 kvm_call_hyp(__kvm_flush_vm_context);
}

static bool check_update_reserved_vmid(u64 vmid, u64 newvmid)
{
 int cpu;
 bool hit = false;

 /*
 * Iterate over the set of reserved VMIDs looking for a match
 * and update to use newvmid (i.e. the same VMID in the current
 * generation).
 */
 for_each_possible_cpu(cpu) {
  if (per_cpu(reserved_vmids, cpu) == vmid) {
   hit = true;
   per_cpu(reserved_vmids, cpu) = newvmid;
  }
 }

 return hit;
}

static u64 new_vmid(struct kvm_vmid *kvm_vmid)
{
 static u32 cur_idx = 1;
 u64 vmid = atomic64_read(&kvm_vmid->id);
 u64 generation = atomic64_read(&vmid_generation);

 if (vmid != 0) {
  u64 newvmid = generation | (vmid & ~VMID_MASK);

  if (check_update_reserved_vmid(vmid, newvmid)) {
   atomic64_set(&kvm_vmid->id, newvmid);
   return newvmid;
  }

  if (!__test_and_set_bit(vmid2idx(vmid), vmid_map)) {
   atomic64_set(&kvm_vmid->id, newvmid);
   return newvmid;
  }
 }

 vmid = find_next_zero_bit(vmid_map, NUM_USER_VMIDS, cur_idx);
 if (vmid != NUM_USER_VMIDS)
  goto set_vmid;

 /* We're out of VMIDs, so increment the global generation count */
 generation = atomic64_add_return_relaxed(VMID_FIRST_VERSION,
       &vmid_generation);
 flush_context();

 /* We have more VMIDs than CPUs, so this will always succeed */
 vmid = find_next_zero_bit(vmid_map, NUM_USER_VMIDS, 1);

set_vmid:
 __set_bit(vmid, vmid_map);
 cur_idx = vmid;
 vmid = idx2vmid(vmid) | generation;
 atomic64_set(&kvm_vmid->id, vmid);
 return vmid;
}

/* Called from vCPU sched out with preemption disabled */
void kvm_arm_vmid_clear_active(void)
{
 atomic64_set(this_cpu_ptr(&active_vmids), VMID_ACTIVE_INVALID);
}

void kvm_arm_vmid_update(struct kvm_vmid *kvm_vmid)
{
 unsigned long flags;
 u64 vmid, old_active_vmid;

 vmid = atomic64_read(&kvm_vmid->id);

 /*
 * Please refer comments in check_and_switch_context() in
 * arch/arm64/mm/context.c.
 *
 * Unlike ASID allocator, we set the active_vmids to
 * VMID_ACTIVE_INVALID on vCPU schedule out to avoid
 * reserving the VMID space needlessly on rollover.
 * Hence explicitly check here for a "!= 0" to
 * handle the sync with a concurrent rollover.
 */
 old_active_vmid = atomic64_read(this_cpu_ptr(&active_vmids));
 if (old_active_vmid != 0 && vmid_gen_match(vmid) &&
     0 != atomic64_cmpxchg_relaxed(this_cpu_ptr(&active_vmids),
       old_active_vmid, vmid))
  return;

 raw_spin_lock_irqsave(&cpu_vmid_lock, flags);

 /* Check that our VMID belongs to the current generation. */
 vmid = atomic64_read(&kvm_vmid->id);
 if (!vmid_gen_match(vmid))
  vmid = new_vmid(kvm_vmid);

 atomic64_set(this_cpu_ptr(&active_vmids), vmid);
 raw_spin_unlock_irqrestore(&cpu_vmid_lock, flags);
}

/*
 * Initialize the VMID allocator
 */
int __init kvm_arm_vmid_alloc_init(void)
{
 kvm_arm_vmid_bits = kvm_get_vmid_bits();

 /*
 * Expect allocation after rollover to fail if we don't have
 * at least one more VMID than CPUs. VMID #0 is always reserved.
 */
 WARN_ON(NUM_USER_VMIDS - 1 <= num_possible_cpus());
 atomic64_set(&vmid_generation, VMID_FIRST_VERSION);
 vmid_map = bitmap_zalloc(NUM_USER_VMIDS, GFP_KERNEL);
 if (!vmid_map)
  return -ENOMEM;

 return 0;
}

void __init kvm_arm_vmid_alloc_free(void)
{
 bitmap_free(vmid_map);
}