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
  24 #include <asm/tlbflush.h>
  25 #include <asm/fixmap.h>
  26 #include <asm/setup.h>
  27 #include <asm/bootparam.h>
  28 #include <asm/set_memory.h>
  29 #include <asm/cacheflush.h>
  30 #include <asm/processor-flags.h>
  31 #include <asm/msr.h>
  32 #include <asm/cmdline.h>
  33
  34 #include "mm_internal.h"
  35
  36 /*
  37  * Since SME related variables are set early in the boot process they must
  38  * reside in the .data section so as not to be zeroed out when the .bss
  39  * section is later cleared.
  40  */
  41 u64 sme_me_mask __section(".data") = 0;
  42 u64 sev_status __section(".data") = 0;
  43 u64 sev_check_data __section(".data") = 0;
  44 EXPORT_SYMBOL(sme_me_mask);
  45 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(sev_enable_key);
  46 EXPORT_SYMBOL_GPL(sev_enable_key);
  47
  48 /* Buffer used for early in-place encryption by BSP, no locking needed */
  49 static char sme_early_buffer[PAGE_SIZE] __initdata __aligned(PAGE_SIZE);
  50
  51 /*
  52  * This routine does not change the underlying encryption setting of the
  53  * page(s) that map this memory. It assumes that eventually the memory is
  54  * meant to be accessed as either encrypted or decrypted but the contents
  55  * are currently not in the desired state.
  56  *
  57  * This routine follows the steps outlined in the AMD64 Architecture
  58  * Programmer's Manual Volume 2, Section 7.10.8 Encrypt-in-Place.
  59  */
  60 static void __init __sme_early_enc_dec(resource_size_t paddr,
  61                                        unsigned long size, bool enc)
  62 {
  63         void *src, *dst;
  64         size_t len;
  65
  66         if (!sme_me_mask)
  67                 return;
  68
  69         wbinvd();
  70
  71         /*
  72          * There are limited number of early mapping slots, so map (at most)
  73          * one page at time.
  74          */
  75         while (size) {
  76                 len = min_t(size_t, sizeof(sme_early_buffer), size);
  77
  78                 /*
  79                  * Create mappings for the current and desired format of
  80                  * the memory. Use a write-protected mapping for the source.
  81                  */
  82                 src = enc ? early_memremap_decrypted_wp(paddr, len) :
  83                             early_memremap_encrypted_wp(paddr, len);
  84
  85                 dst = enc ? early_memremap_encrypted(paddr, len) :
  86                             early_memremap_decrypted(paddr, len);
  87
  88                 /*
  89                  * If a mapping can't be obtained to perform the operation,
  90                  * then eventual access of that area in the desired mode
  91                  * will cause a crash.
  92                  */
  93                 BUG_ON(!src || !dst);
  94
  95                 /*
  96                  * Use a temporary buffer, of cache-line multiple size, to
  97                  * avoid data corruption as documented in the APM.
  98                  */
  99                 memcpy(sme_early_buffer, src, len);
 100                 memcpy(dst, sme_early_buffer, len);
 101
 102                 early_memunmap(dst, len);
 103                 early_memunmap(src, len);
 104
 105                 paddr += len;
 106                 size -= len;
 107         }
 108 }
 109
 110 void __init sme_early_encrypt(resource_size_t paddr, unsigned long size)
 111 {
 112         __sme_early_enc_dec(paddr, size, true);
 113 }
 114
 115 void __init sme_early_decrypt(resource_size_t paddr, unsigned long size)
 116 {
 117         __sme_early_enc_dec(paddr, size, false);
 118 }
 119
 120 static void __init __sme_early_map_unmap_mem(void *vaddr, unsigned long size,
 121                                              bool map)
 122 {
 123         unsigned long paddr = (unsigned long)vaddr - __PAGE_OFFSET;
 124         pmdval_t pmd_flags, pmd;
 125
 126         /* Use early_pmd_flags but remove the encryption mask */
 127         pmd_flags = __sme_clr(early_pmd_flags);
 128
 129         do {
 130                 pmd = map ? (paddr & PMD_MASK) + pmd_flags : 0;
 131                 __early_make_pgtable((unsigned long)vaddr, pmd);
 132
 133                 vaddr += PMD_SIZE;
 134                 paddr += PMD_SIZE;
 135                 size = (size <= PMD_SIZE) ? 0 : size - PMD_SIZE;
 136         } while (size);
 137
 138         flush_tlb_local();
 139 }
 140
 141 void __init sme_unmap_bootdata(char *real_mode_data)
 142 {
 143         struct boot_params *boot_data;
 144         unsigned long cmdline_paddr;
 145
 146         if (!sme_active())
 147                 return;
 148
 149         /* Get the command line address before unmapping the real_mode_data */
 150         boot_data = (struct boot_params *)real_mode_data;
 151         cmdline_paddr = boot_data->hdr.cmd_line_ptr | ((u64)boot_data->ext_cmd_line_ptr << 32);
 152
 153         __sme_early_map_unmap_mem(real_mode_data, sizeof(boot_params), false);
 154
 155         if (!cmdline_paddr)
 156                 return;
 157
 158         __sme_early_map_unmap_mem(__va(cmdline_paddr), COMMAND_LINE_SIZE, false);
 159 }
 160
 161 void __init sme_map_bootdata(char *real_mode_data)
 162 {
 163         struct boot_params *boot_data;
 164         unsigned long cmdline_paddr;
 165
 166         if (!sme_active())
 167                 return;
 168
 169         __sme_early_map_unmap_mem(real_mode_data, sizeof(boot_params), true);
 170
 171         /* Get the command line address after mapping the real_mode_data */
 172         boot_data = (struct boot_params *)real_mode_data;
 173         cmdline_paddr = boot_data->hdr.cmd_line_ptr | ((u64)boot_data->ext_cmd_line_ptr << 32);
 174
 175         if (!cmdline_paddr)
 176                 return;
 177
 178         __sme_early_map_unmap_mem(__va(cmdline_paddr), COMMAND_LINE_SIZE, true);
 179 }
 180
 181 void __init sme_early_init(void)
 182 {
 183         unsigned int i;
 184
 185         if (!sme_me_mask)
 186                 return;
 187
 188         early_pmd_flags = __sme_set(early_pmd_flags);
 189
 190         __supported_pte_mask = __sme_set(__supported_pte_mask);
 191
 192         /* Update the protection map with memory encryption mask */
 193         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(protection_map); i++)
 194                 protection_map[i] = pgprot_encrypted(protection_map[i]);
 195
 196         if (sev_active())
 197                 swiotlb_force = SWIOTLB_FORCE;
 198 }
 199
 200 void __init sev_setup_arch(void)
 201 {
 202         phys_addr_t total_mem = memblock_phys_mem_size();
 203         unsigned long size;
 204
 205         if (!sev_active())
 206                 return;
 207
 208         /*
 209          * For SEV, all DMA has to occur via shared/unencrypted pages.
 210          * SEV uses SWIOTLB to make this happen without changing device
 211          * drivers. However, depending on the workload being run, the
 212          * default 64MB of SWIOTLB may not be enough and SWIOTLB may
 213          * run out of buffers for DMA, resulting in I/O errors and/or
 214          * performance degradation especially with high I/O workloads.
 215          *
 216          * Adjust the default size of SWIOTLB for SEV guests using
 217          * a percentage of guest memory for SWIOTLB buffers.
 218          * Also, as the SWIOTLB bounce buffer memory is allocated
 219          * from low memory, ensure that the adjusted size is within
 220          * the limits of low available memory.
 221          *
 222          * The percentage of guest memory used here for SWIOTLB buffers
 223          * is more of an approximation of the static adjustment which
 224          * 64MB for <1G, and ~128M to 256M for 1G-to-4G, i.e., the 6%
 225          */
 226         size = total_mem * 6 / 100;
 227         size = clamp_val(size, IO_TLB_DEFAULT_SIZE, SZ_1G);
 228         swiotlb_adjust_size(size);
 229 }
 230
 231 static unsigned long pg_level_to_pfn(int level, pte_t *kpte, pgprot_t *ret_prot)
 232 {
 233         unsigned long pfn = 0;
 234         pgprot_t prot;
 235
 236         switch (level) {
 237         case PG_LEVEL_4K:
 238                 pfn = pte_pfn(*kpte);
 239                 prot = pte_pgprot(*kpte);
 240                 break;
 241         case PG_LEVEL_2M:
 242                 pfn = pmd_pfn(*(pmd_t *)kpte);
 243                 prot = pmd_pgprot(*(pmd_t *)kpte);
 244                 break;
 245         case PG_LEVEL_1G:
 246                 pfn = pud_pfn(*(pud_t *)kpte);
 247                 prot = pud_pgprot(*(pud_t *)kpte);
 248                 break;
 249         default:
 250                 WARN_ONCE(1, "Invalid level for kpte\n");
 251                 return 0;
 252         }
 253
 254         if (ret_prot)
 255                 *ret_prot = prot;
 256
 257         return pfn;
 258 }
 259
 260 void notify_range_enc_status_changed(unsigned long vaddr, int npages, bool enc)
 261 {
 262 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
 263         unsigned long sz = npages << PAGE_SHIFT;
 264         unsigned long vaddr_end = vaddr + sz;
 265
 266         while (vaddr < vaddr_end) {
 267                 int psize, pmask, level;
 268                 unsigned long pfn;
 269                 pte_t *kpte;
 270
 271                 kpte = lookup_address(vaddr, &level);
 272                 if (!kpte || pte_none(*kpte)) {
 273                         WARN_ONCE(1, "kpte lookup for vaddr\n");
 274                         return;
 275                 }
 276
 277                 pfn = pg_level_to_pfn(level, kpte, NULL);
 278                 if (!pfn)
 279                         continue;
 280
 281                 psize = page_level_size(level);
 282                 pmask = page_level_mask(level);
 283
 284                 notify_page_enc_status_changed(pfn, psize >> PAGE_SHIFT, enc);
 285
 286                 vaddr = (vaddr & pmask) + psize;
 287         }
 288 #endif
 289 }
 290
 291 static void __init __set_clr_pte_enc(pte_t *kpte, int level, bool enc)
 292 {
 293         pgprot_t old_prot, new_prot;
 294         unsigned long pfn, pa, size;
 295         pte_t new_pte;
 296
 297         pfn = pg_level_to_pfn(level, kpte, &old_prot);
 298         if (!pfn)
 299                 return;
 300
 301         new_prot = old_prot;
 302         if (enc)
 303                 pgprot_val(new_prot) |= _PAGE_ENC;
 304         else
 305                 pgprot_val(new_prot) &= ~_PAGE_ENC;
 306
 307         /* If prot is same then do nothing. */
 308         if (pgprot_val(old_prot) == pgprot_val(new_prot))
 309                 return;
 310
 311         pa = pfn << PAGE_SHIFT;
 312         size = page_level_size(level);
 313
 314         /*
 315          * We are going to perform in-place en-/decryption and change the
 316          * physical page attribute from C=1 to C=0 or vice versa. Flush the
 317          * caches to ensure that data gets accessed with the correct C-bit.
 318          */
 319         clflush_cache_range(__va(pa), size);
 320
 321         /* Encrypt/decrypt the contents in-place */
 322         if (enc)
 323                 sme_early_encrypt(pa, size);
 324         else
 325                 sme_early_decrypt(pa, size);
 326
 327         /* Change the page encryption mask. */
 328         new_pte = pfn_pte(pfn, new_prot);
 329         set_pte_atomic(kpte, new_pte);
 330 }
 331
 332 static int __init early_set_memory_enc_dec(unsigned long vaddr,
 333                                            unsigned long size, bool enc)
 334 {
 335         unsigned long vaddr_end, vaddr_next, start;
 336         unsigned long psize, pmask;
 337         int split_page_size_mask;
 338         int level, ret;
 339         pte_t *kpte;
 340
 341         start = vaddr;
 342         vaddr_next = vaddr;
 343         vaddr_end = vaddr + size;
 344
 345         for (; vaddr < vaddr_end; vaddr = vaddr_next) {
 346                 kpte = lookup_address(vaddr, &level);
 347                 if (!kpte || pte_none(*kpte)) {
 348                         ret = 1;
 349                         goto out;
 350                 }
 351
 352                 if (level == PG_LEVEL_4K) {
 353                         __set_clr_pte_enc(kpte, level, enc);
 354                         vaddr_next = (vaddr & PAGE_MASK) + PAGE_SIZE;
 355                         continue;
 356                 }
 357
 358                 psize = page_level_size(level);
 359                 pmask = page_level_mask(level);
 360
 361                 /*
 362                  * Check whether we can change the large page in one go.
 363                  * We request a split when the address is not aligned and
 364                  * the number of pages to set/clear encryption bit is smaller
 365                  * than the number of pages in the large page.
 366                  */
 367                 if (vaddr == (vaddr & pmask) &&
 368                     ((vaddr_end - vaddr) >= psize)) {
 369                         __set_clr_pte_enc(kpte, level, enc);
 370                         vaddr_next = (vaddr & pmask) + psize;
 371                         continue;
 372                 }
 373
 374                 /*
 375                  * The virtual address is part of a larger page, create the next
 376                  * level page table mapping (4K or 2M). If it is part of a 2M
 377                  * page then we request a split of the large page into 4K
 378                  * chunks. A 1GB large page is split into 2M pages, resp.
 379                  */
 380                 if (level == PG_LEVEL_2M)
 381                         split_page_size_mask = 0;
 382                 else
 383                         split_page_size_mask = 1 << PG_LEVEL_2M;
 384
 385                 /*
 386                  * kernel_physical_mapping_change() does not flush the TLBs, so
 387                  * a TLB flush is required after we exit from the for loop.
 388                  */
 389                 kernel_physical_mapping_change(__pa(vaddr & pmask),
 390                                                __pa((vaddr_end & pmask) + psize),
 391                                                split_page_size_mask);
 392         }
 393
 394         ret = 0;
 395
 396         notify_range_enc_status_changed(start, PAGE_ALIGN(size) >> PAGE_SHIFT, enc);
 397 out:
 398         __flush_tlb_all();
 399         return ret;
 400 }
 401
 402 int __init early_set_memory_decrypted(unsigned long vaddr, unsigned long size)
 403 {
 404         return early_set_memory_enc_dec(vaddr, size, false);
 405 }
 406
 407 int __init early_set_memory_encrypted(unsigned long vaddr, unsigned long size)
 408 {
 409         return early_set_memory_enc_dec(vaddr, size, true);
 410 }
 411
 412 void __init early_set_mem_enc_dec_hypercall(unsigned long vaddr, int npages, bool enc)
 413 {
 414         notify_range_enc_status_changed(vaddr, npages, enc);
 415 }
 416
 417 /*
 418  * SME and SEV are very similar but they are not the same, so there are
 419  * times that the kernel will need to distinguish between SME and SEV. The
 420  * sme_active() and sev_active() functions are used for this.  When a
 421  * distinction isn't needed, the mem_encrypt_active() function can be used.
 422  *
 423  * The trampoline code is a good example for this requirement.  Before
 424  * paging is activated, SME will access all memory as decrypted, but SEV
 425  * will access all memory as encrypted.  So, when APs are being brought
 426  * up under SME the trampoline area cannot be encrypted, whereas under SEV
 427  * the trampoline area must be encrypted.
 428  */
 429 bool sev_active(void)
 430 {
 431         return sev_status & MSR_AMD64_SEV_ENABLED;
 432 }
 433
 434 bool sme_active(void)
 435 {
 436         return sme_me_mask && !sev_active();
 437 }
 438 EXPORT_SYMBOL_GPL(sev_active);
 439
 440 /* Needs to be called from non-instrumentable code */
 441 bool noinstr sev_es_active(void)
 442 {
 443         return sev_status & MSR_AMD64_SEV_ES_ENABLED;
 444 }
 445
 446 /* Override for DMA direct allocation check - ARCH_HAS_FORCE_DMA_UNENCRYPTED */
 447 bool force_dma_unencrypted(struct device *dev)
 448 {
 449         /*
 450          * For SEV, all DMA must be to unencrypted addresses.
 451          */
 452         if (sev_active())
 453                 return true;
 454
 455         /*
 456          * For SME, all DMA must be to unencrypted addresses if the
 457          * device does not support DMA to addresses that include the
 458          * encryption mask.
 459          */
 460         if (sme_active()) {
 461                 u64 dma_enc_mask = DMA_BIT_MASK(__ffs64(sme_me_mask));
 462                 u64 dma_dev_mask = min_not_zero(dev->coherent_dma_mask,
 463                                                 dev->bus_dma_limit);
 464
 465                 if (dma_dev_mask <= dma_enc_mask)
 466                         return true;
 467         }
 468
 469         return false;
 470 }
 471
 472 void __init mem_encrypt_free_decrypted_mem(void)
 473 {
 474         unsigned long vaddr, vaddr_end, npages;
 475         int r;
 476
 477         vaddr = (unsigned long)__start_bss_decrypted_unused;
 478         vaddr_end = (unsigned long)__end_bss_decrypted;
 479         npages = (vaddr_end - vaddr) >> PAGE_SHIFT;
 480
 481         /*
 482          * The unused memory range was mapped decrypted, change the encryption
 483          * attribute from decrypted to encrypted before freeing it.
 484          */
 485         if (mem_encrypt_active()) {
 486                 r = set_memory_encrypted(vaddr, npages);
 487                 if (r) {
 488                         pr_warn("failed to free unused decrypted pages\n");
 489                         return;
 490                 }
 491         }
 492
 493         free_init_pages("unused decrypted", vaddr, vaddr_end);
 494 }
 495
 496 static void print_mem_encrypt_feature_info(void)
 497 {
 498         pr_info("AMD Memory Encryption Features active:");
 499
 500         /* Secure Memory Encryption */
 501         if (sme_active()) {
 502                 /*
 503                  * SME is mutually exclusive with any of the SEV
 504                  * features below.
 505                  */
 506                 pr_cont(" SME\n");
 507                 return;
 508         }
 509
 510         /* Secure Encrypted Virtualization */
 511         if (sev_active())
 512                 pr_cont(" SEV");
 513
 514         /* Encrypted Register State */
 515         if (sev_es_active())
 516                 pr_cont(" SEV-ES");
 517
 518         pr_cont("\n");
 519 }
 520
 521 /* Architecture __weak replacement functions */
 522 void __init mem_encrypt_init(void)
 523 {
 524         if (!sme_me_mask)
 525                 return;
 526
 527         /* Call into SWIOTLB to update the SWIOTLB DMA buffers */
 528         swiotlb_update_mem_attributes();
 529
 530         /*
 531          * With SEV, we need to unroll the rep string I/O instructions,
 532          * but SEV-ES supports them through the #VC handler.
 533          */
 534         if (sev_active() && !sev_es_active())
 535                 static_branch_enable(&sev_enable_key);
 536
 537         print_mem_encrypt_feature_info();
 538 }
 539
 540 int arch_has_restricted_virtio_memory_access(void)
 541 {
 542         return sev_active();
 543 }
 544 EXPORT_SYMBOL_GPL(arch_has_restricted_virtio_memory_access);