vfio: powerpc/spapr: Support Dynamic DMA windows
authorAlexey Kardashevskiy <aik@ozlabs.ru>
Fri, 5 Jun 2015 06:35:26 +0000 (16:35 +1000)
committerMichael Ellerman <mpe@ellerman.id.au>
Thu, 11 Jun 2015 05:16:55 +0000 (15:16 +1000)
This adds create/remove window ioctls to create and remove DMA windows.
sPAPR defines a Dynamic DMA windows capability which allows
para-virtualized guests to create additional DMA windows on a PCI bus.
The existing linux kernels use this new window to map the entire guest
memory and switch to the direct DMA operations saving time on map/unmap
requests which would normally happen in a big amounts.

This adds 2 ioctl handlers - VFIO_IOMMU_SPAPR_TCE_CREATE and
VFIO_IOMMU_SPAPR_TCE_REMOVE - to create and remove windows.
Up to 2 windows are supported now by the hardware and by this driver.

This changes VFIO_IOMMU_SPAPR_TCE_GET_INFO handler to return additional
information such as a number of supported windows and maximum number
levels of TCE tables.

DDW is added as a capability, not as a SPAPR TCE IOMMU v2 unique feature
as we still want to support v2 on platforms which cannot do DDW for
the sake of TCE acceleration in KVM (coming soon).

Signed-off-by: Alexey Kardashevskiy <aik@ozlabs.ru>
[aw: for the vfio related changes]
Acked-by: Alex Williamson <alex.williamson@redhat.com>
Reviewed-by: David Gibson <david@gibson.dropbear.id.au>
Signed-off-by: Michael Ellerman <mpe@ellerman.id.au>
Documentation/vfio.txt
arch/powerpc/include/asm/iommu.h
drivers/vfio/vfio_iommu_spapr_tce.c
include/uapi/linux/vfio.h

index dcc37e1..1dd3fdd 100644 (file)
@@ -464,6 +464,25 @@ address is from pre-registered range.
 
 This separation helps in optimizing DMA for guests.
 
+6) sPAPR specification allows guests to have an additional DMA window(s) on
+a PCI bus with a variable page size. Two ioctls have been added to support
+this: VFIO_IOMMU_SPAPR_TCE_CREATE and VFIO_IOMMU_SPAPR_TCE_REMOVE.
+The platform has to support the functionality or error will be returned to
+the userspace. The existing hardware supports up to 2 DMA windows, one is
+2GB long, uses 4K pages and called "default 32bit window"; the other can
+be as big as entire RAM, use different page size, it is optional - guests
+create those in run-time if the guest driver supports 64bit DMA.
+
+VFIO_IOMMU_SPAPR_TCE_CREATE receives a page shift, a DMA window size and
+a number of TCE table levels (if a TCE table is going to be big enough and
+the kernel may not be able to allocate enough of physically contiguous memory).
+It creates a new window in the available slot and returns the bus address where
+the new window starts. Due to hardware limitation, the user space cannot choose
+the location of DMA windows.
+
+VFIO_IOMMU_SPAPR_TCE_REMOVE receives the bus start address of the window
+and removes it.
+
 -------------------------------------------------------------------------------
 
 [1] VFIO was originally an acronym for "Virtual Function I/O" in its
index f9957eb..ca18cff 100644 (file)
@@ -149,7 +149,7 @@ extern void iommu_free_table(struct iommu_table *tbl, const char *node_name);
  */
 extern struct iommu_table *iommu_init_table(struct iommu_table * tbl,
                                            int nid);
-#define IOMMU_TABLE_GROUP_MAX_TABLES   1
+#define IOMMU_TABLE_GROUP_MAX_TABLES   2
 
 struct iommu_table_group;
 
index 91a3223..0582b72 100644 (file)
@@ -211,6 +211,18 @@ static long tce_iommu_find_table(struct tce_container *container,
        return -1;
 }
 
+static int tce_iommu_find_free_table(struct tce_container *container)
+{
+       int i;
+
+       for (i = 0; i < IOMMU_TABLE_GROUP_MAX_TABLES; ++i) {
+               if (!container->tables[i])
+                       return i;
+       }
+
+       return -ENOSPC;
+}
+
 static int tce_iommu_enable(struct tce_container *container)
 {
        int ret = 0;
@@ -593,11 +605,115 @@ static void tce_iommu_free_table(struct iommu_table *tbl)
        decrement_locked_vm(pages);
 }
 
+static long tce_iommu_create_window(struct tce_container *container,
+               __u32 page_shift, __u64 window_size, __u32 levels,
+               __u64 *start_addr)
+{
+       struct tce_iommu_group *tcegrp;
+       struct iommu_table_group *table_group;
+       struct iommu_table *tbl = NULL;
+       long ret, num;
+
+       num = tce_iommu_find_free_table(container);
+       if (num < 0)
+               return num;
+
+       /* Get the first group for ops::create_table */
+       tcegrp = list_first_entry(&container->group_list,
+                       struct tce_iommu_group, next);
+       table_group = iommu_group_get_iommudata(tcegrp->grp);
+       if (!table_group)
+               return -EFAULT;
+
+       if (!(table_group->pgsizes & (1ULL << page_shift)))
+               return -EINVAL;
+
+       if (!table_group->ops->set_window || !table_group->ops->unset_window ||
+                       !table_group->ops->get_table_size ||
+                       !table_group->ops->create_table)
+               return -EPERM;
+
+       /* Create TCE table */
+       ret = tce_iommu_create_table(container, table_group, num,
+                       page_shift, window_size, levels, &tbl);
+       if (ret)
+               return ret;
+
+       BUG_ON(!tbl->it_ops->free);
+
+       /*
+        * Program the table to every group.
+        * Groups have been tested for compatibility at the attach time.
+        */
+       list_for_each_entry(tcegrp, &container->group_list, next) {
+               table_group = iommu_group_get_iommudata(tcegrp->grp);
+
+               ret = table_group->ops->set_window(table_group, num, tbl);
+               if (ret)
+                       goto unset_exit;
+       }
+
+       container->tables[num] = tbl;
+
+       /* Return start address assigned by platform in create_table() */
+       *start_addr = tbl->it_offset << tbl->it_page_shift;
+
+       return 0;
+
+unset_exit:
+       list_for_each_entry(tcegrp, &container->group_list, next) {
+               table_group = iommu_group_get_iommudata(tcegrp->grp);
+               table_group->ops->unset_window(table_group, num);
+       }
+       tce_iommu_free_table(tbl);
+
+       return ret;
+}
+
+static long tce_iommu_remove_window(struct tce_container *container,
+               __u64 start_addr)
+{
+       struct iommu_table_group *table_group = NULL;
+       struct iommu_table *tbl;
+       struct tce_iommu_group *tcegrp;
+       int num;
+
+       num = tce_iommu_find_table(container, start_addr, &tbl);
+       if (num < 0)
+               return -EINVAL;
+
+       BUG_ON(!tbl->it_size);
+
+       /* Detach groups from IOMMUs */
+       list_for_each_entry(tcegrp, &container->group_list, next) {
+               table_group = iommu_group_get_iommudata(tcegrp->grp);
+
+               /*
+                * SPAPR TCE IOMMU exposes the default DMA window to
+                * the guest via dma32_window_start/size of
+                * VFIO_IOMMU_SPAPR_TCE_GET_INFO. Some platforms allow
+                * the userspace to remove this window, some do not so
+                * here we check for the platform capability.
+                */
+               if (!table_group->ops || !table_group->ops->unset_window)
+                       return -EPERM;
+
+               table_group->ops->unset_window(table_group, num);
+       }
+
+       /* Free table */
+       tce_iommu_clear(container, tbl, tbl->it_offset, tbl->it_size);
+       tce_iommu_free_table(tbl);
+       container->tables[num] = NULL;
+
+       return 0;
+}
+
 static long tce_iommu_ioctl(void *iommu_data,
                                 unsigned int cmd, unsigned long arg)
 {
        struct tce_container *container = iommu_data;
-       unsigned long minsz;
+       unsigned long minsz, ddwsz;
        long ret;
 
        switch (cmd) {
@@ -641,6 +757,21 @@ static long tce_iommu_ioctl(void *iommu_data,
                info.dma32_window_start = table_group->tce32_start;
                info.dma32_window_size = table_group->tce32_size;
                info.flags = 0;
+               memset(&info.ddw, 0, sizeof(info.ddw));
+
+               if (table_group->max_dynamic_windows_supported &&
+                               container->v2) {
+                       info.flags |= VFIO_IOMMU_SPAPR_INFO_DDW;
+                       info.ddw.pgsizes = table_group->pgsizes;
+                       info.ddw.max_dynamic_windows_supported =
+                               table_group->max_dynamic_windows_supported;
+                       info.ddw.levels = table_group->max_levels;
+               }
+
+               ddwsz = offsetofend(struct vfio_iommu_spapr_tce_info, ddw);
+
+               if (info.argsz >= ddwsz)
+                       minsz = ddwsz;
 
                if (copy_to_user((void __user *)arg, &info, minsz))
                        return -EFAULT;
@@ -834,6 +965,69 @@ static long tce_iommu_ioctl(void *iommu_data,
                return ret;
        }
 
+       case VFIO_IOMMU_SPAPR_TCE_CREATE: {
+               struct vfio_iommu_spapr_tce_create create;
+
+               if (!container->v2)
+                       break;
+
+               if (!tce_groups_attached(container))
+                       return -ENXIO;
+
+               minsz = offsetofend(struct vfio_iommu_spapr_tce_create,
+                               start_addr);
+
+               if (copy_from_user(&create, (void __user *)arg, minsz))
+                       return -EFAULT;
+
+               if (create.argsz < minsz)
+                       return -EINVAL;
+
+               if (create.flags)
+                       return -EINVAL;
+
+               mutex_lock(&container->lock);
+
+               ret = tce_iommu_create_window(container, create.page_shift,
+                               create.window_size, create.levels,
+                               &create.start_addr);
+
+               mutex_unlock(&container->lock);
+
+               if (!ret && copy_to_user((void __user *)arg, &create, minsz))
+                       ret = -EFAULT;
+
+               return ret;
+       }
+       case VFIO_IOMMU_SPAPR_TCE_REMOVE: {
+               struct vfio_iommu_spapr_tce_remove remove;
+
+               if (!container->v2)
+                       break;
+
+               if (!tce_groups_attached(container))
+                       return -ENXIO;
+
+               minsz = offsetofend(struct vfio_iommu_spapr_tce_remove,
+                               start_addr);
+
+               if (copy_from_user(&remove, (void __user *)arg, minsz))
+                       return -EFAULT;
+
+               if (remove.argsz < minsz)
+                       return -EINVAL;
+
+               if (remove.flags)
+                       return -EINVAL;
+
+               mutex_lock(&container->lock);
+
+               ret = tce_iommu_remove_window(container, remove.start_addr);
+
+               mutex_unlock(&container->lock);
+
+               return ret;
+       }
        }
 
        return -ENOTTY;
index fa84391..9fd7b5d 100644 (file)
@@ -445,6 +445,23 @@ struct vfio_iommu_type1_dma_unmap {
 /* -------- Additional API for SPAPR TCE (Server POWERPC) IOMMU -------- */
 
 /*
+ * The SPAPR TCE DDW info struct provides the information about
+ * the details of Dynamic DMA window capability.
+ *
+ * @pgsizes contains a page size bitmask, 4K/64K/16M are supported.
+ * @max_dynamic_windows_supported tells the maximum number of windows
+ * which the platform can create.
+ * @levels tells the maximum number of levels in multi-level IOMMU tables;
+ * this allows splitting a table into smaller chunks which reduces
+ * the amount of physically contiguous memory required for the table.
+ */
+struct vfio_iommu_spapr_tce_ddw_info {
+       __u64 pgsizes;                  /* Bitmap of supported page sizes */
+       __u32 max_dynamic_windows_supported;
+       __u32 levels;
+};
+
+/*
  * The SPAPR TCE info struct provides the information about the PCI bus
  * address ranges available for DMA, these values are programmed into
  * the hardware so the guest has to know that information.
@@ -454,14 +471,17 @@ struct vfio_iommu_type1_dma_unmap {
  * addresses too so the window works as a filter rather than an offset
  * for IOVA addresses.
  *
- * A flag will need to be added if other page sizes are supported,
- * so as defined here, it is always 4k.
+ * Flags supported:
+ * - VFIO_IOMMU_SPAPR_INFO_DDW: informs the userspace that dynamic DMA windows
+ *   (DDW) support is present. @ddw is only supported when DDW is present.
  */
 struct vfio_iommu_spapr_tce_info {
        __u32 argsz;
-       __u32 flags;                    /* reserved for future use */
+       __u32 flags;
+#define VFIO_IOMMU_SPAPR_INFO_DDW      (1 << 0)        /* DDW supported */
        __u32 dma32_window_start;       /* 32 bit window start (bytes) */
        __u32 dma32_window_size;        /* 32 bit window size (bytes) */
+       struct vfio_iommu_spapr_tce_ddw_info ddw;
 };
 
 #define VFIO_IOMMU_SPAPR_TCE_GET_INFO  _IO(VFIO_TYPE, VFIO_BASE + 12)
@@ -534,6 +554,41 @@ struct vfio_iommu_spapr_register_memory {
  */
 #define VFIO_IOMMU_SPAPR_UNREGISTER_MEMORY     _IO(VFIO_TYPE, VFIO_BASE + 18)
 
+/**
+ * VFIO_IOMMU_SPAPR_TCE_CREATE - _IOWR(VFIO_TYPE, VFIO_BASE + 19, struct vfio_iommu_spapr_tce_create)
+ *
+ * Creates an additional TCE table and programs it (sets a new DMA window)
+ * to every IOMMU group in the container. It receives page shift, window
+ * size and number of levels in the TCE table being created.
+ *
+ * It allocates and returns an offset on a PCI bus of the new DMA window.
+ */
+struct vfio_iommu_spapr_tce_create {
+       __u32 argsz;
+       __u32 flags;
+       /* in */
+       __u32 page_shift;
+       __u64 window_size;
+       __u32 levels;
+       /* out */
+       __u64 start_addr;
+};
+#define VFIO_IOMMU_SPAPR_TCE_CREATE    _IO(VFIO_TYPE, VFIO_BASE + 19)
+
+/**
+ * VFIO_IOMMU_SPAPR_TCE_REMOVE - _IOW(VFIO_TYPE, VFIO_BASE + 20, struct vfio_iommu_spapr_tce_remove)
+ *
+ * Unprograms a TCE table from all groups in the container and destroys it.
+ * It receives a PCI bus offset as a window id.
+ */
+struct vfio_iommu_spapr_tce_remove {
+       __u32 argsz;
+       __u32 flags;
+       /* in */
+       __u64 start_addr;
+};
+#define VFIO_IOMMU_SPAPR_TCE_REMOVE    _IO(VFIO_TYPE, VFIO_BASE + 20)
+
 /* ***************************************************************** */
 
 #endif /* _UAPIVFIO_H */