arch/x86/mm/mem_encrypt.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * AMD Memory Encryption Support
   4  *
   5  * Copyright (C) 2016 Advanced Micro Devices, Inc.
   6  *
   7  * Author: Tom Lendacky <thomas.lendacky@amd.com>
   8  */
   9
  10 #define DISABLE_BRANCH_PROFILING
  11
  12 #include <linux/linkage.h>
  13 #include <linux/init.h>
  14 #include <linux/mm.h>
  15 #include <linux/dma-direct.h>
  16 #include <linux/swiotlb.h>
  17 #include <linux/mem_encrypt.h>
  18 #include <linux/device.h>
  19 #include <linux/kernel.h>
  20 #include <linux/bitops.h>
  21 #include <linux/dma-mapping.h>
  22 #include <linux/virtio_config.h>
  23 #include <linux/cc_platform.h>
  24
  25 #include <asm/tlbflush.h>
  26 #include <asm/fixmap.h>
  27 #include <asm/setup.h>
  28 #include <asm/bootparam.h>
  29 #include <asm/set_memory.h>
  30 #include <asm/cacheflush.h>
  31 #include <asm/processor-flags.h>
  32 #include <asm/msr.h>
  33 #include <asm/cmdline.h>
  34
  35 #include "mm_internal.h"
  36
  37 /*
  38  * Since SME related variables are set early in the boot process they must
  39  * reside in the .data section so as not to be zeroed out when the .bss
  40  * section is later cleared.
  41  */
  42 u64 sme_me_mask __section(".data") = 0;
  43 u64 sev_status __section(".data") = 0;
  44 u64 sev_check_data __section(".data") = 0;
  45 EXPORT_SYMBOL(sme_me_mask);
  46 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(sev_enable_key);
  47 EXPORT_SYMBOL_GPL(sev_enable_key);
  48
  49 /* Buffer used for early in-place encryption by BSP, no locking needed */
  50 static char sme_early_buffer[PAGE_SIZE] __initdata __aligned(PAGE_SIZE);
  51
  52 /*
  53  * This routine does not change the underlying encryption setting of the
  54  * page(s) that map this memory. It assumes that eventually the memory is
  55  * meant to be accessed as either encrypted or decrypted but the contents
  56  * are currently not in the desired state.
  57  *
  58  * This routine follows the steps outlined in the AMD64 Architecture
  59  * Programmer's Manual Volume 2, Section 7.10.8 Encrypt-in-Place.
  60  */
  61 static void __init __sme_early_enc_dec(resource_size_t paddr,
  62                                        unsigned long size, bool enc)
  63 {
  64         void *src, *dst;
  65         size_t len;
  66
  67         if (!sme_me_mask)
  68                 return;
  69
  70         wbinvd();
  71
  72         /*
  73          * There are limited number of early mapping slots, so map (at most)
  74          * one page at time.
  75          */
  76         while (size) {
  77                 len = min_t(size_t, sizeof(sme_early_buffer), size);
  78
  79                 /*
  80                  * Create mappings for the current and desired format of
  81                  * the memory. Use a write-protected mapping for the source.
  82                  */
  83                 src = enc ? early_memremap_decrypted_wp(paddr, len) :
  84                             early_memremap_encrypted_wp(paddr, len);
  85
  86                 dst = enc ? early_memremap_encrypted(paddr, len) :
  87                             early_memremap_decrypted(paddr, len);
  88
  89                 /*
  90                  * If a mapping can't be obtained to perform the operation,
  91                  * then eventual access of that area in the desired mode
  92                  * will cause a crash.
  93                  */
  94                 BUG_ON(!src || !dst);
  95
  96                 /*
  97                  * Use a temporary buffer, of cache-line multiple size, to
  98                  * avoid data corruption as documented in the APM.
  99                  */
 100                 memcpy(sme_early_buffer, src, len);
 101                 memcpy(dst, sme_early_buffer, len);
 102
 103                 early_memunmap(dst, len);
 104                 early_memunmap(src, len);
 105
 106                 paddr += len;
 107                 size -= len;
 108         }
 109 }
 110
 111 void __init sme_early_encrypt(resource_size_t paddr, unsigned long size)
 112 {
 113         __sme_early_enc_dec(paddr, size, true);
 114 }
 115
 116 void __init sme_early_decrypt(resource_size_t paddr, unsigned long size)
 117 {
 118         __sme_early_enc_dec(paddr, size, false);
 119 }
 120
 121 static void __init __sme_early_map_unmap_mem(void *vaddr, unsigned long size,
 122                                              bool map)
 123 {
 124         unsigned long paddr = (unsigned long)vaddr - __PAGE_OFFSET;
 125         pmdval_t pmd_flags, pmd;
 126
 127         /* Use early_pmd_flags but remove the encryption mask */
 128         pmd_flags = __sme_clr(early_pmd_flags);
 129
 130         do {
 131                 pmd = map ? (paddr & PMD_MASK) + pmd_flags : 0;
 132                 __early_make_pgtable((unsigned long)vaddr, pmd);
 133
 134                 vaddr += PMD_SIZE;
 135                 paddr += PMD_SIZE;
 136                 size = (size <= PMD_SIZE) ? 0 : size - PMD_SIZE;
 137         } while (size);
 138
 139         flush_tlb_local();
 140 }
 141
 142 void __init sme_unmap_bootdata(char *real_mode_data)
 143 {
 144         struct boot_params *boot_data;
 145         unsigned long cmdline_paddr;
 146
 147         if (!cc_platform_has(CC_ATTR_HOST_MEM_ENCRYPT))
 148                 return;
 149
 150         /* Get the command line address before unmapping the real_mode_data */
 151         boot_data = (struct boot_params *)real_mode_data;
 152         cmdline_paddr = boot_data->hdr.cmd_line_ptr | ((u64)boot_data->ext_cmd_line_ptr << 32);
 153
 154         __sme_early_map_unmap_mem(real_mode_data, sizeof(boot_params), false);
 155
 156         if (!cmdline_paddr)
 157                 return;
 158
 159         __sme_early_map_unmap_mem(__va(cmdline_paddr), COMMAND_LINE_SIZE, false);
 160 }
 161
 162 void __init sme_map_bootdata(char *real_mode_data)
 163 {
 164         struct boot_params *boot_data;
 165         unsigned long cmdline_paddr;
 166
 167         if (!cc_platform_has(CC_ATTR_HOST_MEM_ENCRYPT))
 168                 return;
 169
 170         __sme_early_map_unmap_mem(real_mode_data, sizeof(boot_params), true);
 171
 172         /* Get the command line address after mapping the real_mode_data */
 173         boot_data = (struct boot_params *)real_mode_data;
 174         cmdline_paddr = boot_data->hdr.cmd_line_ptr | ((u64)boot_data->ext_cmd_line_ptr << 32);
 175
 176         if (!cmdline_paddr)
 177                 return;
 178
 179         __sme_early_map_unmap_mem(__va(cmdline_paddr), COMMAND_LINE_SIZE, true);
 180 }
 181
 182 void __init sme_early_init(void)
 183 {
 184         unsigned int i;
 185
 186         if (!sme_me_mask)
 187                 return;
 188
 189         early_pmd_flags = __sme_set(early_pmd_flags);
 190
 191         __supported_pte_mask = __sme_set(__supported_pte_mask);
 192
 193         /* Update the protection map with memory encryption mask */
 194         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(protection_map); i++)
 195                 protection_map[i] = pgprot_encrypted(protection_map[i]);
 196
 197         if (cc_platform_has(CC_ATTR_GUEST_MEM_ENCRYPT))
 198                 swiotlb_force = SWIOTLB_FORCE;
 199 }
 200
 201 void __init sev_setup_arch(void)
 202 {
 203         phys_addr_t total_mem = memblock_phys_mem_size();
 204         unsigned long size;
 205
 206         if (!cc_platform_has(CC_ATTR_GUEST_MEM_ENCRYPT))
 207                 return;
 208
 209         /*
 210          * For SEV, all DMA has to occur via shared/unencrypted pages.
 211          * SEV uses SWIOTLB to make this happen without changing device
 212          * drivers. However, depending on the workload being run, the
 213          * default 64MB of SWIOTLB may not be enough and SWIOTLB may
 214          * run out of buffers for DMA, resulting in I/O errors and/or
 215          * performance degradation especially with high I/O workloads.
 216          *
 217          * Adjust the default size of SWIOTLB for SEV guests using
 218          * a percentage of guest memory for SWIOTLB buffers.
 219          * Also, as the SWIOTLB bounce buffer memory is allocated
 220          * from low memory, ensure that the adjusted size is within
 221          * the limits of low available memory.
 222          *
 223          * The percentage of guest memory used here for SWIOTLB buffers
 224          * is more of an approximation of the static adjustment which
 225          * 64MB for <1G, and ~128M to 256M for 1G-to-4G, i.e., the 6%
 226          */
 227         size = total_mem * 6 / 100;
 228         size = clamp_val(size, IO_TLB_DEFAULT_SIZE, SZ_1G);
 229         swiotlb_adjust_size(size);
 230 }
 231
 232 static unsigned long pg_level_to_pfn(int level, pte_t *kpte, pgprot_t *ret_prot)
 233 {
 234         unsigned long pfn = 0;
 235         pgprot_t prot;
 236
 237         switch (level) {
 238         case PG_LEVEL_4K:
 239                 pfn = pte_pfn(*kpte);
 240                 prot = pte_pgprot(*kpte);
 241                 break;
 242         case PG_LEVEL_2M:
 243                 pfn = pmd_pfn(*(pmd_t *)kpte);
 244                 prot = pmd_pgprot(*(pmd_t *)kpte);
 245                 break;
 246         case PG_LEVEL_1G:
 247                 pfn = pud_pfn(*(pud_t *)kpte);
 248                 prot = pud_pgprot(*(pud_t *)kpte);
 249                 break;
 250         default:
 251                 WARN_ONCE(1, "Invalid level for kpte\n");
 252                 return 0;
 253         }
 254
 255         if (ret_prot)
 256                 *ret_prot = prot;
 257
 258         return pfn;
 259 }
 260
 261 void notify_range_enc_status_changed(unsigned long vaddr, int npages, bool enc)
 262 {
 263 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
 264         unsigned long sz = npages << PAGE_SHIFT;
 265         unsigned long vaddr_end = vaddr + sz;
 266
 267         while (vaddr < vaddr_end) {
 268                 int psize, pmask, level;
 269                 unsigned long pfn;
 270                 pte_t *kpte;
 271
 272                 kpte = lookup_address(vaddr, &level);
 273                 if (!kpte || pte_none(*kpte)) {
 274                         WARN_ONCE(1, "kpte lookup for vaddr\n");
 275                         return;
 276                 }
 277
 278                 pfn = pg_level_to_pfn(level, kpte, NULL);
 279                 if (!pfn)
 280                         continue;
 281
 282                 psize = page_level_size(level);
 283                 pmask = page_level_mask(level);
 284
 285                 notify_page_enc_status_changed(pfn, psize >> PAGE_SHIFT, enc);
 286
 287                 vaddr = (vaddr & pmask) + psize;
 288         }
 289 #endif
 290 }
 291
 292 static void __init __set_clr_pte_enc(pte_t *kpte, int level, bool enc)
 293 {
 294         pgprot_t old_prot, new_prot;
 295         unsigned long pfn, pa, size;
 296         pte_t new_pte;
 297
 298         pfn = pg_level_to_pfn(level, kpte, &old_prot);
 299         if (!pfn)
 300                 return;
 301
 302         new_prot = old_prot;
 303         if (enc)
 304                 pgprot_val(new_prot) |= _PAGE_ENC;
 305         else
 306                 pgprot_val(new_prot) &= ~_PAGE_ENC;
 307
 308         /* If prot is same then do nothing. */
 309         if (pgprot_val(old_prot) == pgprot_val(new_prot))
 310                 return;
 311
 312         pa = pfn << PAGE_SHIFT;
 313         size = page_level_size(level);
 314
 315         /*
 316          * We are going to perform in-place en-/decryption and change the
 317          * physical page attribute from C=1 to C=0 or vice versa. Flush the
 318          * caches to ensure that data gets accessed with the correct C-bit.
 319          */
 320         clflush_cache_range(__va(pa), size);
 321
 322         /* Encrypt/decrypt the contents in-place */
 323         if (enc)
 324                 sme_early_encrypt(pa, size);
 325         else
 326                 sme_early_decrypt(pa, size);
 327
 328         /* Change the page encryption mask. */
 329         new_pte = pfn_pte(pfn, new_prot);
 330         set_pte_atomic(kpte, new_pte);
 331 }
 332
 333 static int __init early_set_memory_enc_dec(unsigned long vaddr,
 334                                            unsigned long size, bool enc)
 335 {
 336         unsigned long vaddr_end, vaddr_next, start;
 337         unsigned long psize, pmask;
 338         int split_page_size_mask;
 339         int level, ret;
 340         pte_t *kpte;
 341
 342         start = vaddr;
 343         vaddr_next = vaddr;
 344         vaddr_end = vaddr + size;
 345
 346         for (; vaddr < vaddr_end; vaddr = vaddr_next) {
 347                 kpte = lookup_address(vaddr, &level);
 348                 if (!kpte || pte_none(*kpte)) {
 349                         ret = 1;
 350                         goto out;
 351                 }
 352
 353                 if (level == PG_LEVEL_4K) {
 354                         __set_clr_pte_enc(kpte, level, enc);
 355                         vaddr_next = (vaddr & PAGE_MASK) + PAGE_SIZE;
 356                         continue;
 357                 }
 358
 359                 psize = page_level_size(level);
 360                 pmask = page_level_mask(level);
 361
 362                 /*
 363                  * Check whether we can change the large page in one go.
 364                  * We request a split when the address is not aligned and
 365                  * the number of pages to set/clear encryption bit is smaller
 366                  * than the number of pages in the large page.
 367                  */
 368                 if (vaddr == (vaddr & pmask) &&
 369                     ((vaddr_end - vaddr) >= psize)) {
 370                         __set_clr_pte_enc(kpte, level, enc);
 371                         vaddr_next = (vaddr & pmask) + psize;
 372                         continue;
 373                 }
 374
 375                 /*
 376                  * The virtual address is part of a larger page, create the next
 377                  * level page table mapping (4K or 2M). If it is part of a 2M
 378                  * page then we request a split of the large page into 4K
 379                  * chunks. A 1GB large page is split into 2M pages, resp.
 380                  */
 381                 if (level == PG_LEVEL_2M)
 382                         split_page_size_mask = 0;
 383                 else
 384                         split_page_size_mask = 1 << PG_LEVEL_2M;
 385
 386                 /*
 387                  * kernel_physical_mapping_change() does not flush the TLBs, so
 388                  * a TLB flush is required after we exit from the for loop.
 389                  */
 390                 kernel_physical_mapping_change(__pa(vaddr & pmask),
 391                                                __pa((vaddr_end & pmask) + psize),
 392                                                split_page_size_mask);
 393         }
 394
 395         ret = 0;
 396
 397         notify_range_enc_status_changed(start, PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT, enc);
 398 out:
 399         __flush_tlb_all();
 400         return ret;
 401 }
 402
 403 int __init early_set_memory_decrypted(unsigned long vaddr, unsigned long size)
 404 {
 405         return early_set_memory_enc_dec(vaddr, size, false);
 406 }
 407
 408 int __init early_set_memory_encrypted(unsigned long vaddr, unsigned long size)
 409 {
 410         return early_set_memory_enc_dec(vaddr, size, true);
 411 }
 412
 413 void __init early_set_mem_enc_dec_hypercall(unsigned long vaddr, int npages, bool enc)
 414 {
 415         notify_range_enc_status_changed(vaddr, npages, enc);
 416 }
 417
 418 /* Override for DMA direct allocation check - ARCH_HAS_FORCE_DMA_UNENCRYPTED */
 419 bool force_dma_unencrypted(struct device *dev)
 420 {
 421         /*
 422          * For SEV, all DMA must be to unencrypted addresses.
 423          */
 424         if (cc_platform_has(CC_ATTR_GUEST_MEM_ENCRYPT))
 425                 return true;
 426
 427         /*
 428          * For SME, all DMA must be to unencrypted addresses if the
 429          * device does not support DMA to addresses that include the
 430          * encryption mask.
 431          */
 432         if (cc_platform_has(CC_ATTR_HOST_MEM_ENCRYPT)) {
 433                 u64 dma_enc_mask = DMA_BIT_MASK(__ffs64(sme_me_mask));
 434                 u64 dma_dev_mask = min_not_zero(dev->coherent_dma_mask,
 435                                                 dev->bus_dma_limit);
 436
 437                 if (dma_dev_mask <= dma_enc_mask)
 438                         return true;
 439         }
 440
 441         return false;
 442 }
 443
 444 void __init mem_encrypt_free_decrypted_mem(void)
 445 {
 446         unsigned long vaddr, vaddr_end, npages;
 447         int r;
 448
 449         vaddr = (unsigned long)__start_bss_decrypted_unused;
 450         vaddr_end = (unsigned long)__end_bss_decrypted;
 451         npages = (vaddr_end - vaddr) >> PAGE_SHIFT;
 452
 453         /*
 454          * The unused memory range was mapped decrypted, change the encryption
 455          * attribute from decrypted to encrypted before freeing it.
 456          */
 457         if (cc_platform_has(CC_ATTR_MEM_ENCRYPT)) {
 458                 r = set_memory_encrypted(vaddr, npages);
 459                 if (r) {
 460                         pr_warn("failed to free unused decrypted pages\n");
 461                         return;
 462                 }
 463         }
 464
 465         free_init_pages("unused decrypted", vaddr, vaddr_end);
 466 }
 467
 468 static void print_mem_encrypt_feature_info(void)
 469 {
 470         pr_info("AMD Memory Encryption Features active:");
 471
 472         /* Secure Memory Encryption */
 473         if (cc_platform_has(CC_ATTR_HOST_MEM_ENCRYPT)) {
 474                 /*
 475                  * SME is mutually exclusive with any of the SEV
 476                  * features below.
 477                  */
 478                 pr_cont(" SME\n");
 479                 return;
 480         }
 481
 482         /* Secure Encrypted Virtualization */
 483         if (cc_platform_has(CC_ATTR_GUEST_MEM_ENCRYPT))
 484                 pr_cont(" SEV");
 485
 486         /* Encrypted Register State */
 487         if (cc_platform_has(CC_ATTR_GUEST_STATE_ENCRYPT))
 488                 pr_cont(" SEV-ES");
 489
 490         pr_cont("\n");
 491 }
 492
 493 /* Architecture __weak replacement functions */
 494 void __init mem_encrypt_init(void)
 495 {
 496         if (!sme_me_mask)
 497                 return;
 498
 499         /* Call into SWIOTLB to update the SWIOTLB DMA buffers */
 500         swiotlb_update_mem_attributes();
 501
 502         /*
 503          * With SEV, we need to unroll the rep string I/O instructions,
 504          * but SEV-ES supports them through the #VC handler.
 505          */
 506         if (cc_platform_has(CC_ATTR_GUEST_MEM_ENCRYPT) &&
 507             !cc_platform_has(CC_ATTR_GUEST_STATE_ENCRYPT))
 508                 static_branch_enable(&sev_enable_key);
 509
 510         print_mem_encrypt_feature_info();
 511 }
 512
 513 int arch_has_restricted_virtio_memory_access(void)
 514 {
 515         return cc_platform_has(CC_ATTR_GUEST_MEM_ENCRYPT);
 516 }
 517 EXPORT_SYMBOL_GPL(arch_has_restricted_virtio_memory_access);