kvmclock: export kvmclock clocksource and data pointers

To be used by KVM PTP driver.

Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: fix compilation

Fix rebase breakage from commit 55dd00a73a51 ("KVM: x86: add
KVM_HC_CLOCK_PAIRING hypercall", 2017-01-24), courtesy of the
"I could have sworn I had pushed the right branch" department.

Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

Merge tag 'kvm-s390-next-4.11-2' of git://git./linux/kernel/git/kvms390/linux into HEAD

KVM: s390: Fixes and features for 4.11 (via kvm/next)

- enable some simd extensions for guests
- enable nx for guests
- debug log for cpu model
- PER fixes
- remove bitwise annotation from ar_t
- detect guests in operation exception program check loops
- fix potential null-pointer dereference for ucontrol guests

- also contains merge for fix that went into 4.10 to avoid conflicts

Merge tag 'kvm_mips_4.11_1' of git://git./linux/kernel/git/jhogan/kvm-mips into HEAD

KVM: MIPS: GVA/GPA page tables, dirty logging, SYNC_MMU etc

Numerous MIPS KVM fixes, improvements, and features for 4.11, many of
which continue to pave the way for VZ support, the most interesting of
which are:

 - Add GVA->HPA page tables for T&E, to cache GVA mappings.
 - Generate fast-path TLB refill exception handler which loads host TLB
   entries from GVA page table, avoiding repeated guest memory
   translation and guest TLB lookups.
 - Use uaccess macros when T&E needs to access guest memory, which with
   GVA page tables and the Linux TLB refill handler improves robustness
   against TLB faults and fixes EVA hosts.
 - Use BadInstr/BadInstrP registers when available to obtain instruction
   encodings after a synchronous trap.
 - Add GPA->HPA page tables to replace the inflexible linear array,
   allowing for multiple sparsely arranged memory regions.
 - Properly implement dirty page logging.
 - Add KVM_CAP_SYNC_MMU support so that changes in GPA mappings become
   effective in guests even if they are already running, allowing for
   copy-on-write, KSM, idle page tracking, swapping, and guest memory
   ballooning.
 - Add KVM_CAP_READONLY_MEM support, so writes to specified memory
   regions are treated as MMIO.
 - Implement proper CP0_EBase support in T&E.
 - Expose a few more missing CP0 registers to userland.
 - Add KVM_CAP_NR_VCPUS and KVM_CAP_MAX_VCPUS support, and allow up to 8
   VCPUs to be created in a VM.
 - Various cleanups and dropping of dead and duplicated code.

Merge branch 'kvm-ppc-next' of git://git./linux/kernel/git/paulus/powerpc into HEAD

The big feature this time is support for POWER9 using the radix-tree
MMU for host and guest.  This required some changes to arch/powerpc
code, so I talked with Michael Ellerman and he created a topic branch
with this patchset, which I merged into kvm-ppc-next and which Michael
will pull into his tree.  Michael also put in some patches from Nick
Piggin which fix bugs in the interrupt vector code in relocatable
kernels when coming from a KVM guest.

Other notable changes include:

* Add the ability to change the size of the hashed page table,
  from David Gibson.

* XICS (interrupt controller) emulation fixes and improvements,
  from Li Zhong.

* Bug fixes from myself and Thomas Huth.

These patches define some new KVM capabilities and ioctls, but there
should be no conflicts with anything else currently upstream, as far
as I am aware.

KVM: x86: add KVM_HC_CLOCK_PAIRING hypercall

Add a hypercall to retrieve the host realtime clock and the TSC value
used to calculate that clock read.

Used to implement clock synchronization between host and guest.

Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: nVMX: vmx_complete_nested_posted_interrupt() can't fail

vmx_complete_nested_posted_interrupt() can't fail, let's turn it into
a void function.

Signed-off-by: David Hildenbrand <david@redhat.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: nVMX: kmap() can't fail

kmap() can't fail, therefore it will always return a valid pointer. Let's
just get rid of the unnecessary checks.

Signed-off-by: David Hildenbrand <david@redhat.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: s390: detect some program check loops

Sometimes (e.g. early boot) a guest is broken in such ways that it loops
100% delivering operation exceptions (illegal operation) but the pgm new
PSW is not set properly. This will result in code being read from
address zero, which usually contains another illegal op. Let's detect
this case and return to userspace. Instead of only detecting
this for address zero apply a heuristic that will work for any program
check new psw.
We do not want guest problem state to be able to trigger a guest panic,
e.g. by faulting on an address that is the same as the program check
new PSW, so we check for the problem state bit being off.

With proper handling in userspace we
a: get rid of CPU consumption of such broken guests
b: keep the program old PSW. This allows to find out the original illegal
   operation - making debugging such early boot issues much easier than
   with single stepping

Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Reviewed-by: Cornelia Huck <cornelia.huck@de.ibm.com>

KVM: s390: Disable dirty log retrieval for UCONTROL guests

User controlled KVM guests do not support the dirty log, as they have
no single gmap that we can check for changes.

As they have no single gmap, kvm->arch.gmap is NULL and all further
referencing to it for dirty checking will result in a NULL
dereference.

Let's return -EINVAL if a caller tries to sync dirty logs for a
UCONTROL guest.

Fixes: 15f36eb ("KVM: s390: Add proper dirty bitmap support to S390 kvm.")
Cc: <stable@vger.kernel.org> # 3.16+
Signed-off-by: Janosch Frank <frankja@linux.vnet.ibm.com>
Reported-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Reviewed-by: Cornelia Huck <cornelia.huck@de.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

KVM: MIPS: Allow multiple VCPUs to be created

Increase the maximum number of MIPS KVM VCPUs to 8, and implement the
KVM_CAP_NR_VCPUS and KVM_CAP_MAX_CPUS capabilities which expose the
recommended and maximum number of VCPUs to userland. The previous
maximum of 1 didn't allow for any form of SMP guests.

We calculate the values similarly to ARM, recommending as many VCPUs as
there are CPUs online in the system. This will allow userland to know
how many VCPUs it is possible to create.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/T&E: Expose read-only CP0_IntCtl register

Expose the CP0_IntCtl register through the KVM register access API,
which is a required register since MIPS32r2. It is currently read-only
since the VS field isn't implemented due to lack of Config3.VInt or
Config3.VEIC.

It is implemented in trap_emul.c so that a VZ implementation can allow
writes.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/T&E: Expose CP0_EntryLo0/1 registers

Expose the CP0_EntryLo0 and CP0_EntryLo1 registers through the KVM
register access API. This is fairly straightforward for trap & emulate
since we don't support the RI and XI bits. For the sake of future
proofing (particularly for VZ) it is explicitly specified that the API
always exposes the 64-bit version of these registers (i.e. with the RI
and XI bits in bit positions 63 and 62 respectively), and they are
implemented in trap_emul.c rather than mips.c to allow them to be
implemented differently for VZ.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/T&E: Default to reset vector

Set the default VCPU state closer to the architectural reset state, with
PC pointing at the reset vector (uncached PA 0x1fc00000, which for KVM
T&E is VA 0x5fc00000), and with CP0_Status.BEV and CP0_Status.ERL to 1.

Although QEMU at least will overwrite this state, it makes sense to do
this now that CP0_EBase is properly implemented to check BEV, and now
that we support a sparse GPA layout potentially with a boot ROM at GPA
0x1fc00000.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/T&E: Implement CP0_EBase register

The CP0_EBase register is a standard feature of MIPS32r2, so we should
always have been implementing it properly. However the register value
was ignored and wasn't exposed to userland.

Fix the emulation of exceptions and interrupts to use the value stored
in guest CP0_EBase, and fix the masks so that the top 3 bits (rather
than the standard 2) are fixed, so that it is always in the guest KSeg0
segment.

Also add CP0_EBASE to the KVM one_reg interface so it can be accessed by
userland, also allowing the CPU number field to be written (which isn't
permitted by the guest).

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/T&E: Move CP0 register access into T&E

Access to various CP0 registers via the KVM register access API needs to
be implementation specific to allow restrictions to be made on changes,
for example when VZ guest registers aren't present, so move them all
into trap_emul.c in preparation for VZ.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS: Claim KVM_CAP_READONLY_MEM support

Now that load/store faults due to read only memory regions are treated
as MMIO accesses it is safe to claim support for read only memory
regions (KVM_CAP_READONLY_MEM).

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/MMU: Implement KVM_CAP_SYNC_MMU

Implement the SYNC_MMU capability for KVM MIPS, allowing changes in the
underlying user host virtual address (HVA) mappings to be promptly
reflected in the corresponding guest physical address (GPA) mappings.

This allows for several features to work with guest RAM which require
mappings to be altered or protected, such as copy-on-write, KSM (Kernel
Samepage Merging), idle page tracking, memory swapping, and guest memory
ballooning.

There are two main aspects of this change, described below.

The KVM MMU notifier architecture callbacks are implemented so we can be
notified of changes in the HVA mappings. These arrange for the guest
physical address (GPA) page tables to be modified and possibly for
derived mappings (GVA page tables and TLBs) to be flushed.

 - kvm_unmap_hva[_range]() - These deal with HVA mappings being removed,
   for example before a copy-on-write takes place, which requires the
   corresponding GPA page table mappings to be removed too.

 - kvm_set_spte_hva() - These update a GPA page table entry to match the
   new HVA entry, but must be careful to respect KVM specific
   configuration such as not dirtying a clean guest page which is dirty
   to the host, and write protecting writable pages in read only
   memslots (which will soon be supported).

 - kvm[_test]_age_hva() - These update GPA page table entries to be old
   (invalid) so that access can be tracked, making them young again.

The GPA page fault handling (kvm_mips_map_page) is updated to use
gfn_to_pfn_prot() (which may provide read-only pages), to handle
asynchronous page table invalidation from MMU notifier callbacks, and to
handle more cases in the fast path.

 - mmu_notifier_seq is used to detect asynchronous page table
   invalidations while we're holding a pfn from gfn_to_pfn_prot()
   outside of kvm->mmu_lock, retrying if invalidations have taken place,
   e.g. a COW or a KSM page merge.

 - The fast path (_kvm_mips_map_page_fast) now handles marking old pages
   as young / accessed, and disallowing dirtying of clean pages that
   aren't actually writable (e.g. shared pages that should COW, and
   read-only memory regions when they are enabled in a future patch).

 - Due to the use of MMU notifications we no longer need to keep the
   page references after we've updated the GPA page tables.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/MMU: Pass GPA PTE bits to mapped GVA PTEs

Propagate the GPA PTE protection bits on to the GVA PTEs on a mapped
fault (except _PAGE_WRITE, and filtered by the guest TLB entry), rather
than always overriding the protection. This allows dirty page tracking
to work in mapped guest segments as a clear dirty bit in the GPA PTE
will propagate to the GVA PTEs even when the guest TLB has the dirty bit
set.

Since the filtering of protection bits is now abstracted, if the buddy
GVA PTE is also valid, we obtain the corresponding GPA PTE using a
simple non-allocating walk and load that into the GVA PTE similarly
(which may itself be invalid).

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/MMU: Pass GPA PTE bits to KSeg0 GVA PTEs

Propagate the GPA PTE protection bits on to the GVA PTEs on a KSeg0
fault (except _PAGE_WRITE), rather than always overriding the
protection. This allows dirty page tracking to work in KSeg0 as a clear
dirty bit in the GPA PTE will propagate to the GVA PTEs.

This makes it simpler to use a single kvm_mips_map_page() to obtain both
the main GPA PTE and its buddy (which may be invalid), which also allows
memory regions to be fully accessible when they don't start and end on a
2*PAGE_SIZE boundary.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/MMU: Handle dirty logging on GPA faults

Update kvm_mips_map_page() to handle logging of dirty guest physical
pages. Upcoming patches will propagate the dirty bit to the GVA page
tables.

A fast path is added for handling protection bits that can be resolved
without calling into KVM, currently just dirtying of clean pages being
written to.

The slow path marks the GPA page table entry writable only on writes,
and at the same time marks the page dirty in the dirty page logging
bitmask.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS: Clean & flush on dirty page logging enable

When an existing memory region has dirty page logging enabled, make the
entire slot clean (read only) so that writes will immediately start
logging dirty pages (once the dirty bit is transferred from GPA to GVA
page tables in an upcoming patch).

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/MMU: Use generic dirty log & protect helper

MIPS hasn't up to this point properly supported dirty page logging, as
pages in slots with dirty logging enabled aren't made clean, and tlbmod
exceptions from writes to clean pages have been assumed to be due to
guest TLB protection and unconditionally passed to the guest.

Use the generic dirty logging helper kvm_get_dirty_log_protect() to
properly implement kvm_vm_ioctl_get_dirty_log(), similar to how ARM
does. This uses xchg to clear the dirty bits when reading them, rather
than wiping them out afterwards with a memset, which would potentially
wipe recently set bits that weren't caught by kvm_get_dirty_log(). It
also makes the pages clean again using the
kvm_arch_mmu_enable_log_dirty_pt_masked() architecture callback so that
further writes after the shadow memslot is flushed will trigger tlbmod
exceptions and dirty handling.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/MMU: Add GPA PT mkclean helper

Add a helper function to make a range of guest physical address (GPA)
mappings in the GPA page table clean so that writes can be caught. This
will be used in a few places to manage dirty page logging.

Note that until the dirty bit is transferred from GPA page table entries
to GVA page table entries in an upcoming patch this won't trigger a TLB
modified exception on write.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/T&E: Handle read only GPA in TLB mod

Rewrite TLB modified exception handling to handle read only GPA memory
regions, instead of unconditionally passing the exception to the guest.

If the guest TLB is not the cause of the exception we call into the
normal TLB fault handling depending on the memory segment, which will
soon attempt to remap the physical page to be writable (handling dirty
page tracking or copy on write in the process).

Failing that we fall back to treating it as MMIO, due to a read only
memory region. Once the capability is enabled, this will allow read only
memory regions (such as the Malta boot flash as emulated by QEMU) to
have writes treated as MMIO, while still allowing reads to run
untrapped.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/T&E: Treat unhandled guest KSeg0 as MMIO

Treat unhandled accesses to guest KSeg0 as MMIO, rather than only host
KSeg0 addresses. This will allow read only memory regions (such as the
Malta boot flash as emulated by QEMU) to have writes (before reads)
treated as MMIO, and unallocated physical addresses to have all accesses
treated as MMIO.

The MMIO emulation uses the gva_to_gpa callback, so this is also updated
for trap & emulate to handle guest KSeg0 addresses.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/T&E: Abstract bad access handling

Abstract the handling of bad guest loads and stores which may need to
trigger an MMIO, so that the same code can be used in a later patch for
guest KSeg0 addresses (TLB exception handling) as well as for host KSeg1
addresses (existing address error exception and TLB exception handling).

We now use kvm_mips_emulate_store() and kvm_mips_emulate_load() directly
rather than the more generic kvm_mips_emulate_inst(), as there is no
need to expose emulation of any other instructions.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS: Pass type of fault down to kvm_mips_map_page()

kvm_mips_map_page() will need to know whether the fault was due to a
read or a write in order to support dirty page tracking,
KVM_CAP_SYNC_MMU, and read only memory regions, so get that information
passed down to it via new bool write_fault arguments to various
functions.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/T&E: Ignore user writes to CP0_Config7

Ignore userland writes to CP0_Config7 rather than reporting an error,
since we do allow reads of this register and it is claimed to exist in
the ioctl API.

This allows userland to blindly save and restore KVM registers without
having to special case certain registers as not being writable, for
example during live migration once dirty page logging is fixed.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS: Implement kvm_arch_flush_shadow_all/memslot

Implement the kvm_arch_flush_shadow_all() and
kvm_arch_flush_shadow_memslot() KVM functions for MIPS to allow guest
physical mappings to be safely changed.

The general MIPS KVM code takes care of flushing of GPA page table
entries. kvm_arch_flush_shadow_all() flushes the whole GPA page table,
and is always called on the cleanup path so there is no need to acquire
the kvm->mmu_lock. kvm_arch_flush_shadow_memslot() flushes only the
range of mappings in the GPA page table corresponding to the slot being
flushed, and happens when memory regions are moved or deleted.

MIPS KVM implementation callbacks are added for handling the
implementation specific flushing of mappings derived from the GPA page
tables. These are implemented for trap_emul.c using
kvm_flush_remote_tlbs() which should now be functional, and will flush
the per-VCPU GVA page tables and ASIDS synchronously (before next
entering guest mode or directly accessing GVA space).

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/Emulate: Use lockless GVA helpers for cache emulation

Use the lockless GVA helpers to implement the reading of guest
instructions for emulation. This will allow it to handle asynchronous
TLB flushes when they are implemented.

This is a little more complicated than the other two cases (get_inst()
and dynamic translation) due to the need to emulate the appropriate
guest TLB exception when the address isn't present or isn't valid in the
guest TLB.

Since there are several protected cache ops that may need to be
performed safely, this is abstracted by kvm_mips_guest_cache_op() which
is passed a protected cache op function pointer and takes care of the
lockless operation and fault handling / retry if the op should fail,
taking advantage of the new errors which the protected cache ops can now
return. This allows the existing advance fault handling which relied on
host TLB lookups to be removed, along with the now unused
kvm_mips_host_tlb_lookup(),

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/MMU: Use lockless GVA helpers for get_inst()

Use the lockless GVA helpers to implement the reading of guest
instructions for emulation. This will allow it to handle asynchronous
TLB flushes when they are implemented.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/T&E: Use lockless GVA helpers for dyntrans

Use the lockless GVA helpers to implement the dynamic translation of
guest instructions. This will allow it to handle asynchronous TLB
flushes when they are implemented.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/T&E: Add lockless GVA access helpers

Add helpers to allow for lockless direct access to the GVA space, by
changing the VCPU mode to READING_SHADOW_PAGE_TABLES for the duration of
the access. This allows asynchronous TLB flush requests in future
patches to safely trigger either a TLB flush before the direct GVA space
access, or a delay until the in-progress lockless direct access is
complete.

The kvm_trap_emul_gva_lockless_begin() and
kvm_trap_emul_gva_lockless_end() helpers take care of guarding the
direct GVA accesses, and kvm_trap_emul_gva_fault() tries to handle a
uaccess fault resulting from a flush having taken place.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/T&E: Reduce stale ASID checks

The stale ASID checks taking place on VCPU load can be reduced:

- Now that we check for a stale ASID on guest re-entry, there is no need
  to do so when loading the VCPU outside of guest context, since it will
  happen before entering the guest. Note that a lot of KVM VCPU ioctls
  will cause the VCPU to be loaded but guest context won't be entered.

- There is no need to check for a stale kernel_mm ASID when the guest is
  in user mode and vice versa. In fact doing so can potentially be
  problematic since the user_mm ASID regeneration may trigger a new ASID
  cycle, which would cause the kern_mm ASID to become stale after it has
  been checked for staleness.

Therefore only check the ASID for the mm corresponding to the current
guest mode, and only if we're already in guest context. We drop some of
the related kvm_debug() calls here too.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/T&E: Handle TLB invalidation requests

Add handling of TLB invalidation requests before entering guest mode.
This will allow asynchonous invalidation of the VCPU mappings when
physical memory regions are altered. Should the CPU running the VCPU
already be in guest mode an IPI will be sent to trigger a guest exit.

The reload_asid path will be used in a future patch for when GVA is
about to be directly accessed by KVM.

In the process, the stale user ASID check in the re-entry path (for lazy
user GVA flushing) is generalised to check the ASID for the current
guest mode, in case a TLB invalidation request was handled. This has the
side effect of making the ASID checks on vcpu_load too conservative,
which will be addressed in a later patch.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS: Update vcpu->mode and vcpu->cpu

Keep the vcpu->mode and vcpu->cpu variables up to date so that
kvm_make_all_cpus_request() has a chance of functioning correctly. This
will soon need to be used for kvm_flush_remote_tlbs().

We can easily update vcpu->cpu when the VCPU context is loaded or saved,
which will happen when accessing guest context and when the guest is
scheduled in and out.

We need to be a little careful with vcpu->mode though, as we will in
future be checking for outstanding VCPU requests, and this must be done
after the value of IN_GUEST_MODE in vcpu->mode is visible to other CPUs.
Otherwise the other CPU could fail to trigger an IPI to wait for
completion dispite the VCPU request not being seen.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/MMU: Convert guest physical map to page table

Current guest physical memory is mapped to host physical addresses using
a single linear array (guest_pmap of length guest_pmap_npages). This was
only really meant to be temporary, and isn't sparse, so its wasteful of
memory. A small amount of RAM at GPA 0 and a small boot exception vector
at GPA 0x1fc00000 cannot be represented without a full 128KiB guest_pmap
allocation (MIPS32 with 16KiB pages), which is one reason why QEMU
currently runs its boot code at the top of RAM instead of the usual boot
exception vector address.

Instead use the existing infrastructure for host virtual page table
management to allocate a page table for guest physical memory too. This
should be sufficient for now, assuming the size of physical memory
doesn't exceed the size of virtual memory. It may need extending in
future to handle XPA (eXtended Physical Addressing) in 32-bit guests, as
supported by VZ guests on P5600.

Some of this code is based loosely on Cavium's VZ KVM implementation.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS: Use CP0_BadInstr[P] for emulation

When exiting from the guest, store the values of the CP0_BadInstr and
CP0_BadInstrP registers if they exist, which contain the encodings of
the instructions which caused the last synchronous exception.

When the instruction is needed for emulation, kvm_get_badinstr() and
kvm_get_badinstrp() are used instead of calling kvm_get_inst() directly,
to decide whether to read the saved CP0_BadInstr/CP0_BadInstrP registers
(if they exist), or read the instruction from memory (if not).

The use of these registers should be more robust than using
kvm_get_inst(), as it actually gives the instruction encoding seen by
the hardware rather than relying on user accessors after the fact, which
can be fooled by incoherent icache or a racing code modification. It
will also work with VZ, where the guest virtual memory isn't directly
accessible by the host with user accessors.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS: Improve kvm_get_inst() error return

Currently kvm_get_inst() returns KVM_INVALID_INST in the event of a
fault reading the guest instruction. This has the rather arbitrary magic
value 0xdeadbeef. This API isn't very robust, and in fact 0xdeadbeef is
a valid MIPS64 instruction encoding, namely "ld t1,-16657(s5)".

Therefore change the kvm_get_inst() API to return 0 or -EFAULT, and to
return the instruction via a u32 *out argument. We can then drop the
KVM_INVALID_INST definition entirely.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/T&E: Don't treat code fetch faults as MMIO

In order to make use of the CP0_BadInstr & CP0_BadInstrP registers we
need to be a bit more careful not to treat code fetch faults as MMIO,
lest we hit an UNPREDICTABLE register value when we try to emulate the
MMIO load instruction but there was no valid instruction word available
to the hardware.

Add a kvm_is_ifetch_fault() helper to try to figure out whether a load
fault was due to a code fetch, and prevent MMIO instruction emulation in
that case.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/MMU: Drop kvm_get_new_mmu_context()

MIPS KVM uses its own variation of get_new_mmu_context() which takes an
extra vcpu pointer (unused) and does exactly the same thing.

Switch to just using get_new_mmu_context() directly and drop KVM's
version of it as it doesn't really serve any purpose.

The nearby declarations of kvm_mips_alloc_new_mmu_context(),
kvm_mips_vcpu_load() and kvm_mips_vcpu_put() are also removed from
kvm_host.h, as no definitions or users exist.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/Emulate: Drop redundant TLB flushes on exceptions

When exceptions are injected into the MIPS KVM guest, the whole host TLB
is flushed (except any entries in the guest KSeg0 range). This is
certainly not mandated by the architecture when exceptions are taken
(userland can't directly change TLB mappings anyway), and is a pretty
heavyweight operation:

 - There may be hundreds of TLB entries especially when a 512 entry FTLB
   is present. These are walked and read and conditionally invalidated,
   so the TLBINV feature can't be used either.

 - It'll indiscriminately wipe out entries belonging to other memory
   spaces. A simple ASID regeneration would be much faster to perform,
   although it'd wipe out the guest KSeg0 mappings too.

My suspicion is that this was simply to plaster over the fact that
kvm_mips_host_tlb_inv() incorrectly only invalidated TLB entries in the
ASID for guest usermode, and not the ASID for guest kernelmode.

Now that the recent commit "KVM: MIPS/TLB: Flush host TLB entry in
kernel ASID" fixes kvm_mips_host_tlb_inv() to flush TLB entries in the
kernelmode ASID when the guest TLB changes, lets drop these calls and
the otherwise unused kvm_mips_flush_host_tlb().

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/TLB: Drop kvm_local_flush_tlb_all()

Now that KVM no longer uses wired entries we can safely use
local_flush_tlb_all() when we need to flush the entire TLB (on the start
of a new ASID cycle). This doesn't flush wired entries, which allows
other code to use them without KVM clobbering them all the time. It also
is more up to date, knowing about the tlbinv architectural feature,
flushing of micro TLB on cores where that is necessary (Loongson I
believe), and knows to stop the HTW while doing so.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/Emulate: Fix CACHE emulation for EVA hosts

Use protected_writeback_dcache_line() instead of flush_dcache_line(),
and protected_flush_icache_line() instead of flush_icache_line(), so
that CACHEE (the EVA variant) is used on EVA host kernels.

Without this, guest floating point branch delay slot emulation via a
trampoline on the user stack fails on EVA host kernels due to failure of
the icache sync, resulting in the break instruction getting skipped and
execution from the stack.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS: Use uaccess to read/modify guest instructions

Now that we have GVA page tables, use standard user accesses with page
faults disabled to read & modify guest instructions. This should be more
robust (than the rather dodgy method of accessing guest mapped segments
by just directly addressing them) and will also work with Enhanced
Virtual Addressing (EVA) host kernel configurations where dedicated
instructions are needed for accessing user mode memory.

For simplicity and speed we do this regardless of the guest segment the
address resides in, rather than handling guest KSeg0 specially with
kmap_atomic() as before.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS: Drop vm_init() callback

Now that the commpage doesn't use wired TLB entries, the per-CPU
vm_init() callback is the only work done by kvm_mips_init_vm_percpu().

The trap & emulate implementation doesn't actually need to do anything
from vm_init(), and the future VZ implementation would be better served
by a kvm_arch_hardware_enable callback anyway.

Therefore drop the vm_init() callback entirely, allowing the
kvm_mips_init_vm_percpu() function to also be dropped, along with the
kvm_mips_instance atomic counter.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/MMU: Convert commpage fault handling to page tables

Now that we have GVA page tables and an optimised TLB refill handler in
place, convert the handling of commpage faults from the guest kernel to
fill the GVA page table and invalidate the TLB entry, rather than
filling the wired TLB entry directly.

For simplicity we no longer use a wired entry for the commpage (refill
should be much cheaper with the fast-path handler anyway). Since we
don't need to manipulate the TLB directly any longer, move the function
from tlb.c to mmu.c. This puts it closer to the similar functions
handling KSeg0 and TLB mapped page faults from the guest.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/MMU: Convert TLB mapped faults to page tables

Now that we have GVA page tables and an optimised TLB refill handler in
place, convert the handling of page faults in TLB mapped segment from
the guest to fill a single GVA page table entry and invalidate the TLB
entry, rather than filling a TLB entry pair directly.

Also remove the now unused kvm_mips_get_{kernel,user}_asid() functions
in mmu.c and kvm_mips_host_tlb_write() in tlb.c.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/MMU: Convert KSeg0 faults to page tables

Now that we have GVA page tables and an optimised TLB refill handler in
place, convert the handling of KSeg0 page faults from the guest to fill
the GVA page tables and invalidate the TLB entry, rather than filling a
TLB entry directly.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/MMU: Invalidate stale GVA PTEs on TLBW

Implement invalidation of specific pairs of GVA page table entries in
one or both of the GVA page tables. This is used when existing mappings
are replaced in the guest TLB by emulated TLBWI/TLBWR instructions. Due
to the sharing of page tables in the host kernel range, we should be
careful not to allow host pages to be invalidated.

Add a helper kvm_mips_walk_pgd() which can be used when walking of
either GPA (future patches) or GVA page tables is needed, optionally
with allocation of page tables along the way when they don't exist.

GPA page table walking will need to be protected by the kvm->mmu_lock,
so we also add a small MMU page cache in each KVM VCPU, like that found
for other architectures but smaller. This allows enough pages to be
pre-allocated to handle a single fault without holding the lock,
allowing the helper to run with the lock held without having to handle
allocation failures.

Using the same mechanism for GVA allows the same code to be used, and
allows it to use the same cache of allocated pages if the GPA walk
didn't need to allocate any new tables.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/MMU: Invalidate GVA PTs on ASID changes

Implement invalidation of large ranges of virtual addresses from GVA
page tables in response to a guest ASID change (immediately for guest
kernel page table, lazily for guest user page table).

We iterate through a range of page tables invalidating entries and
freeing fully invalidated tables. To minimise overhead the exact ranges
invalidated depends on the flags argument to kvm_mips_flush_gva_pt(),
which also allows it to be used in future KVM_CAP_SYNC_MMU patches in
response to GPA changes, which unlike guest TLB mapping changes affects
guest KSeg0 mappings.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/TLB: Generalise host TLB invalidate to kernel ASID

Refactor kvm_mips_host_tlb_inv() to also be able to invalidate any
matching TLB entry in the kernel ASID rather than assuming only the TLB
entries in the user ASID can change. Two new bool user/kernel arguments
allow the caller to indicate whether the mapping should affect each of
the ASIDs for guest user/kernel mode.

- kvm_mips_invalidate_guest_tlb() (used by TLBWI/TLBWR emulation) can
  now invalidate any corresponding TLB entry in both the kernel ASID
  (guest kernel may have accessed any guest mapping), and the user ASID
  if the entry being replaced is in guest USeg (where guest user may
  also have accessed it).

- The tlbmod fault handler (and the KSeg0 / TLB mapped / commpage fault
  handlers in later patches) can now invalidate the corresponding TLB
  entry in whichever ASID is currently active, since only a single page
  table will have been updated anyway.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/TLB: Fix off-by-one in TLB invalidate

kvm_mips_host_tlb_inv() uses the TLBP instruction to probe the host TLB
for an entry matching the given guest virtual address, and determines
whether a match was found based on whether CP0_Index > 0. This is
technically incorrect as an index of 0 (with the high bit clear) is a
perfectly valid TLB index.

This is harmless at the moment due to the use of at least 1 wired TLB
entry for the KVM commpage, however we will soon be ridding ourselves of
that particular wired entry so lets fix the condition in case the entry
needing invalidation does land at TLB index 0.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS: Add fast path TLB refill handler

Use functions from the general MIPS TLB exception vector generation code
(tlbex.c) to construct a fast path TLB refill handler similar to the
general one, but cut down and capable of preserving K0 and K1.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS: Support NetLogic KScratch registers

tlbex.c uses the implementation dependent $22 CP0 register group on
NetLogic cores, with the help of the c0_kscratch() helper. Allow these
registers to be allocated by the KVM entry code too instead of assuming
KScratch registers are all $31, which will also allow pgd_reg to be
handled since it is allocated that way.

We also drop the masking of kscratch_mask with 0xfc, as it is redundant
for the standard KScratch registers (Config4.KScrExist won't have the
low 2 bits set anyway), and apparently not necessary for NetLogic.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/T&E: Activate GVA page tables in guest context

Activate the GVA page tables when in guest context. This will allow the
normal Linux TLB refill handler to fill from it when guest memory is
read, as well as preventing accidental reading from user memory.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/T&E: Allocate GVA -> HPA page tables

Allocate GVA -> HPA page tables for guest kernel and guest user mode on
each VCPU, to allow for fast path TLB refill handling to be added later.

In the process kvm_arch_vcpu_init() needs updating to pass on any error
from the vcpu_init() callback.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS: Wire up vcpu uninit

Wire up a vcpu uninit implementation callback. This will be used for the
clean up of GVA->HPA page tables.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/T&E: active_mm = init_mm in guest context

Set init_mm as the active_mm and update mm_cpumask(current->mm) to
reflect that it isn't active when in guest context. This prevents cache
management code from attempting cache flushes on host virtual addresses
while in guest context, for example due to a cache management IPIs or
later when writing of dynamically translated code hits copy on write.

We do this using helpers in static kernel code to avoid having to export
init_mm to modules.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/T&E: Restore host asid on return to host

We only need the guest ASID loaded while in guest context, i.e. while
running guest code and while handling guest exits. We load the guest
ASID when entering the guest, however we restore the host ASID later
than necessary, when the VCPU state is saved i.e. vcpu_put() or slightly
earlier if preempted after returning to the host.

This mismatch is both unpleasant and causes redundant host ASID restores
in kvm_trap_emul_vcpu_put(). Lets explicitly restore the host ASID when
returning to the host, and don't bother restoring the host ASID on
context switch in unless we're already in guest context.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS: Add vcpu_run() & vcpu_reenter() callbacks

Add implementation callbacks for entering the guest (vcpu_run()) and
reentering the guest (vcpu_reenter()), allowing implementation specific
operations to be performed before entering the guest or after returning
to the host without cluttering kvm_arch_vcpu_ioctl_run().

This allows the T&E specific lazy user GVA flush to be moved into
trap_emul.c, along with disabling of the HTW. We also move
kvm_mips_deliver_interrupts() as VZ will need to restore the guest timer
state prior to delivering interrupts.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS: Remove duplicated ASIDs from vcpu

The kvm_vcpu_arch structure contains both mm_structs for allocating MMU
contexts (primarily the ASID) but it also copies the resulting ASIDs
into guest_{user,kernel}_asid[] arrays which are referenced from uasm
generated code.

This duplication doesn't seem to serve any purpose, and it gets in the
way of generalising the ASID handling across guest kernel/user modes, so
lets just extract the ASID straight out of the mm_struct on demand, and
in fact there are convenient cpu_context() and cpu_asid() macros for
doing so.

To reduce the verbosity of this code we do also add kern_mm and user_mm
local variables where the kernel and user mm_structs are used.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/MMU: Move preempt/ASID handling to implementation

The MIPS KVM host and guest GVA ASIDs may need regenerating when
scheduling a process in guest context, which is done from the
kvm_arch_vcpu_load() / kvm_arch_vcpu_put() functions in mmu.c.

However this is a fairly implementation specific detail. VZ for example
may use GuestIDs instead of normal ASIDs to distinguish mappings
belonging to different guests, and even on VZ without GuestID the root
TLB will be used differently to trap & emulate.

Trap & emulate GVA ASIDs only relate to the user part of the full
address space, so can be left active during guest exit handling (guest
context) to allow guest instructions to be easily read and translated.

VZ root ASIDs however are for GPA mappings so can't be left active
during normal kernel code. They also aren't useful for accessing guest
virtual memory, and we should have CP0_BadInstr[P] registers available
to provide encodings of trapping guest instructions anyway.

Therefore move the ASID preemption handling into the implementation
callback.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS: Convert get/set_regs -> vcpu_load/put

Convert the get_regs() and set_regs() callbacks to vcpu_load() and
vcpu_put(), which provide a cpu argument and more closely match the
kvm_arch_vcpu_load() / kvm_arch_vcpu_put() that they are called by.

This is in preparation for moving ASID management into the
implementations.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS/MMU: Simplify ASID restoration

KVM T&E uses an ASID for guest kernel mode and an ASID for guest user
mode. The current ASID is saved when the guest is scheduled out, and
restored when scheduling back in, with checks for whether the ASID needs
to be regenerated.

This isn't really necessary as the ASID can be easily determined by the
current guest mode, so lets simplify it to just read the required ASID
from guest_kernel_asid or guest_user_asid even if the ASID hasn't been
regenerated.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

KVM: MIPS: Drop partial KVM_NMI implementation

MIPS incompletely implements the KVM_NMI ioctl to supposedly perform a
CPU reset, but all it actually does is invalidate the ASIDs. It doesn't
expose the KVM_CAP_USER_NMI capability which is supposed to indicate the
presence of the KVM_NMI ioctl, and no user software actually uses it on
MIPS.

Since this is dead code that would technically need updating for GVA
page table handling in upcoming patches, remove it now. If we wanted to
implement NMI injection later it can always be done properly along with
the KVM_CAP_USER_NMI capability, and if we wanted to implement a proper
CPU reset it would be better done with a separate ioctl.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

Merge MIPS prerequisites

Merge in MIPS prerequisites from GVA page tables and GPA page tables
series. The same branch can also merge into the MIPS tree.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>

MIPS: Add return errors to protected cache ops

The protected cache ops contain no out of line fixup code to return an
error code in the event of a fault, with the cache op being skipped in
that case. For KVM however we'd like to detect this case as page
faulting will be disabled so it could happen during normal operation if
the GVA page tables were flushed, and need to be handled by the caller.

Add the out-of-line fixup code to load the error value -EFAULT into the
return variable, and adapt the protected cache line functions to pass
the error back to the caller.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Acked-by: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

MIPS: Export some tlbex internals for KVM to use

Export to TLB exception code generating functions so that KVM can
construct a fast TLB refill handler for guest context without
reinventing the wheel quite so much.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Acked-by: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

MIPS: uasm: Add include guards in asm/uasm.h

Add include guards in asm/uasm.h to allow it to be safely used by a new
header asm/tlbex.h in the next patch to expose TLB exception building
functions for KVM to use.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Acked-by: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

MIPS: Export pgd/pmd symbols for KVM

Export pmd_init(), invalid_pmd_table and tlbmiss_handler_setup_pgd to
GPL kernel modules so that MIPS KVM can use the inline page table
management functions and switch between page tables:

- pmd_init() will be used directly by KVM to initialise newly allocated
  pmd tables with invalid lower level table pointers.

- invalid_pmd_table is used by pud_present(), pud_none(), and
  pud_clear(), which KVM will use to test and clear pud entries.

- tlbmiss_handler_setup_pgd() will be called by KVM entry code to switch
  to the appropriate GVA page tables.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Acked-by: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

MIPS: Move pgd_alloc() out of header

pgd_alloc() references init_mm which is not exported to modules. In
order for KVM to be able to use pgd_alloc() to allocate GVA page tables,
move pgd_alloc() into a new pgtable.c file and export it to modules.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Acked-by: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: "Radim Krčmář" <rkrcmar@redhat.com>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org

MIPS: KVM: Return directly after a failed copy_from_user() in kvm_arch_vcpu_ioctl()

* Return directly after a call of the function "copy_from_user" failed
  in a case block.

* Delete the jump label "out" which became unnecessary with
  this refactoring.

Signed-off-by: Markus Elfring <elfring@users.sourceforge.net>
Reviewed-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>

KVM: PPC: Book3S HV: Advertise availablity of HPT resizing on KVM HV

This updates the KVM_CAP_SPAPR_RESIZE_HPT capability to advertise the
presence of in-kernel HPT resizing on KVM HV.

Signed-off-by: David Gibson <david@gibson.dropbear.id.au>
Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

KVM: PPC: Book3S HV: KVM-HV HPT resizing implementation

This adds the "guts" of the implementation for the HPT resizing PAPR
extension.  It has the code to allocate and clear a new HPT, rehash an
existing HPT's entries into it, and accomplish the switchover for a
KVM guest from the old HPT to the new one.

Signed-off-by: David Gibson <david@gibson.dropbear.id.au>
Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

KVM: PPC: Book3S HV: Outline of KVM-HV HPT resizing implementation

This adds a not yet working outline of the HPT resizing PAPR
extension.  Specifically it adds the necessary ioctl() functions,
their basic steps, the work function which will handle preparation for
the resize, and synchronization between these, the guest page fault
path and guest HPT update path.

The actual guts of the implementation isn't here yet, so for now the
calls will always fail.

Signed-off-by: David Gibson <david@gibson.dropbear.id.au>
Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

KVM: PPC: Book3S HV: Create kvmppc_unmap_hpte_helper()

The kvm_unmap_rmapp() function, called from certain MMU notifiers, is used
to force all guest mappings of a particular host page to be set ABSENT, and
removed from the reverse mappings.

For HPT resizing, we will have some cases where we want to set just a
single guest HPTE ABSENT and remove its reverse mappings.  To prepare with
this, we split out the logic from kvm_unmap_rmapp() to evict a single HPTE,
moving it to a new helper function.

Signed-off-by: David Gibson <david@gibson.dropbear.id.au>
Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

KVM: PPC: Book3S HV: Allow KVM_PPC_ALLOCATE_HTAB ioctl() to change HPT size

The KVM_PPC_ALLOCATE_HTAB ioctl() is used to set the size of hashed page
table (HPT) that userspace expects a guest VM to have, and is also used to
clear that HPT when necessary (e.g. guest reboot).

At present, once the ioctl() is called for the first time, the HPT size can
never be changed thereafter - it will be cleared but always sized as from
the first call.

With upcoming HPT resize implementation, we're going to need to allow
userspace to resize the HPT at reset (to change it back to the default size
if the guest changed it).

So, we need to allow this ioctl() to change the HPT size.

This patch also updates Documentation/virtual/kvm/api.txt to reflect
the new behaviour.  In fact the documentation was already slightly
incorrect since 572abd5 "KVM: PPC: Book3S HV: Don't fall back to
smaller HPT size in allocation ioctl"

Signed-off-by: David Gibson <david@gibson.dropbear.id.au>
Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

KVM: PPC: Book3S HV: Split HPT allocation from activation

Currently, kvmppc_alloc_hpt() both allocates a new hashed page table (HPT)
and sets it up as the active page table for a VM.  For the upcoming HPT
resize implementation we're going to want to allocate HPTs separately from
activating them.

So, split the allocation itself out into kvmppc_allocate_hpt() and perform
the activation with a new kvmppc_set_hpt() function.  Likewise we split
kvmppc_free_hpt(), which just frees the HPT, from kvmppc_release_hpt()
which unsets it as an active HPT, then frees it.

We also move the logic to fall back to smaller HPT sizes if the first try
fails into the single caller which used that behaviour,
kvmppc_hv_setup_htab_rma().  This introduces a slight semantic change, in
that previously if the initial attempt at CMA allocation failed, we would
fall back to attempting smaller sizes with the page allocator.  Now, we
try first CMA, then the page allocator at each size.  As far as I can tell
this change should be harmless.

To match, we make kvmppc_free_hpt() just free the actual HPT itself.  The
call to kvmppc_free_lpid() that was there, we move to the single caller.

Signed-off-by: David Gibson <david@gibson.dropbear.id.au>
Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

KVM: PPC: Book3S HV: Don't store values derivable from HPT order

Currently the kvm_hpt_info structure stores the hashed page table's order,
and also the number of HPTEs it contains and a mask for its size.  The
last two can be easily derived from the order, so remove them and just
calculate them as necessary with a couple of helper inlines.

Signed-off-by: David Gibson <david@gibson.dropbear.id.au>
Reviewed-by: Thomas Huth <thuth@redhat.com>
Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

KVM: PPC: Book3S HV: Gather HPT related variables into sub-structure

Currently, the powerpc kvm_arch structure contains a number of variables
tracking the state of the guest's hashed page table (HPT) in KVM HV.  This
patch gathers them all together into a single kvm_hpt_info substructure.
This makes life more convenient for the upcoming HPT resizing
implementation.

Signed-off-by: David Gibson <david@gibson.dropbear.id.au>
Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

KVM: PPC: Book3S HV: Rename kvm_alloc_hpt() for clarity

The difference between kvm_alloc_hpt() and kvmppc_alloc_hpt() is not at
all obvious from the name.  In practice kvmppc_alloc_hpt() allocates an HPT
by whatever means, and calls kvm_alloc_hpt() which will attempt to allocate
it with CMA only.

To make this less confusing, rename kvm_alloc_hpt() to kvm_alloc_hpt_cma().
Similarly, kvm_release_hpt() is renamed kvm_free_hpt_cma().

Signed-off-by: David Gibson <david@gibson.dropbear.id.au>
Reviewed-by: Thomas Huth <thuth@redhat.com>
Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

KVM: PPC: Book3S HV: HPT resizing documentation and reserved numbers

This adds a new powerpc-specific KVM_CAP_SPAPR_RESIZE_HPT capability to
advertise whether KVM is capable of handling the PAPR extensions for
resizing the hashed page table during guest runtime.  It also adds
definitions for two new VM ioctl()s to implement this extension, and
documentation of the same.

Note that, HPT resizing is already possible with KVM PR without kernel
modification, since the HPT is managed within userspace (qemu).  The
capability defined here will only be set where an in-kernel implementation
of resizing is necessary, i.e. for KVM HV.  To determine if the userspace
resize implementation can be used, it's necessary to check
KVM_CAP_PPC_ALLOC_HTAB.  Unfortunately older kernels incorrectly set
KVM_CAP_PPC_ALLOC_HTAB even with KVM PR.  If userspace it want to support
resizing with KVM PR on such kernels, it will need a workaround.

Signed-off-by: David Gibson <david@gibson.dropbear.id.au>
Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

Documentation: Correct duplicate section number in kvm/api.txt

Both KVM_CREATE_SPAPR_TCE_64 and KVM_REINJECT_CONTROL have section number
4.98 in Documentation/virtual/kvm/api.txt, presumably due to a naive merge.
This corrects the duplication.

[paulus@ozlabs.org - correct section numbers for following sections,
 KVM_PPC_CONFIGURE_V3_MMU and KVM_PPC_GET_RMMU_INFO, as well.]

Signed-off-by: David Gibson <david@gibson.dropbear.id.au>
Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

Merge remote-tracking branch 'remotes/powerpc/topic/ppc-kvm' into kvm-ppc-next

This merges in the POWER9 radix MMU host and guest support, which
was put into a topic branch because it touches both powerpc and
KVM code.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

KVM: PPC: Book3S HV: Enable radix guest support

This adds a few last pieces of the support for radix guests:

* Implement the backends for the KVM_PPC_CONFIGURE_V3_MMU and
  KVM_PPC_GET_RMMU_INFO ioctls for radix guests

* On POWER9, allow secondary threads to be on/off-lined while guests
  are running.

* Set up LPCR and the partition table entry for radix guests.

* Don't allocate the rmap array in the kvm_memory_slot structure
  on radix.

* Don't try to initialize the HPT for radix guests, since they don't
  have an HPT.

* Take out the code that prevents the HV KVM module from
  initializing on radix hosts.

At this stage, we only support radix guests if the host is running
in radix mode, and only support HPT guests if the host is running in
HPT mode.  Thus a guest cannot switch from one mode to the other,
which enables some simplifications.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
Signed-off-by: Michael Ellerman <mpe@ellerman.id.au>

KVM: PPC: Book3S HV: Invalidate ERAT on guest entry/exit for POWER9 DD1

On POWER9 DD1, we need to invalidate the ERAT (effective to real
address translation cache) when changing the PIDR register, which
we do as part of guest entry and exit.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
Signed-off-by: Michael Ellerman <mpe@ellerman.id.au>

KVM: PPC: Book3S HV: Allow guest exit path to have MMU on

If we allow LPCR[AIL] to be set for radix guests, then interrupts from
the guest to the host can be delivered by the hardware with relocation
on, and thus the code path starting at kvmppc_interrupt_hv can be
executed in virtual mode (MMU on) for radix guests (previously it was
only ever executed in real mode).

Most of the code is indifferent to whether the MMU is on or off, but
the calls to OPAL that use the real-mode OPAL entry code need to
be switched to use the virtual-mode code instead.  The affected
calls are the calls to the OPAL XICS emulation functions in
kvmppc_read_one_intr() and related functions.  We test the MSR[IR]
bit to detect whether we are in real or virtual mode, and call the
opal_rm_* or opal_* function as appropriate.

The other place that depends on the MMU being off is the optimization
where the guest exit code jumps to the external interrupt vector or
hypervisor doorbell interrupt vector, or returns to its caller (which
is __kvmppc_vcore_entry).  If the MMU is on and we are returning to
the caller, then we don't need to use an rfid instruction since the
MMU is already on; a simple blr suffices.  If there is an external
or hypervisor doorbell interrupt to handle, we branch to the
relocation-on version of the interrupt vector.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
Signed-off-by: Michael Ellerman <mpe@ellerman.id.au>

KVM: PPC: Book3S HV: Invalidate TLB on radix guest vcpu movement

With radix, the guest can do TLB invalidations itself using the tlbie
(global) and tlbiel (local) TLB invalidation instructions.  Linux guests
use local TLB invalidations for translations that have only ever been
accessed on one vcpu.  However, that doesn't mean that the translations
have only been accessed on one physical cpu (pcpu) since vcpus can move
around from one pcpu to another.  Thus a tlbiel might leave behind stale
TLB entries on a pcpu where the vcpu previously ran, and if that task
then moves back to that previous pcpu, it could see those stale TLB
entries and thus access memory incorrectly.  The usual symptom of this
is random segfaults in userspace programs in the guest.

To cope with this, we detect when a vcpu is about to start executing on
a thread in a core that is a different core from the last time it
executed.  If that is the case, then we mark the core as needing a
TLB flush and then send an interrupt to any thread in the core that is
currently running a vcpu from the same guest.  This will get those vcpus
out of the guest, and the first one to re-enter the guest will do the
TLB flush.  The reason for interrupting the vcpus executing on the old
core is to cope with the following scenario:

CPU 0 CPU 1 CPU 4
(core 0) (core 0) (core 1)

VCPU 0 runs task X      VCPU 1 runs
core 0 TLB gets
entries from task X
VCPU 0 moves to CPU 4
VCPU 0 runs task X
Unmap pages of task X
tlbiel

(still VCPU 1) task X moves to VCPU 1
task X runs
task X sees stale TLB
entries

That is, as soon as the VCPU starts executing on the new core, it
could unmap and tlbiel some page table entries, and then the task
could migrate to one of the VCPUs running on the old core and
potentially see stale TLB entries.

Since the TLB is shared between all the threads in a core, we only
use the bit of kvm->arch.need_tlb_flush corresponding to the first
thread in the core.  To ensure that we don't have a window where we
can miss a flush, this moves the clearing of the bit from before the
actual flush to after it.  This way, two threads might both do the
flush, but we prevent the situation where one thread can enter the
guest before the flush is finished.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
Signed-off-by: Michael Ellerman <mpe@ellerman.id.au>

KVM: PPC: Book3S HV: Make HPT-specific hypercalls return error in radix mode

If the guest is in radix mode, then it doesn't have a hashed page
table (HPT), so all of the hypercalls that manipulate the HPT can't
work and should return an error.  This adds checks to make them
return H_FUNCTION ("function not supported").

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
Signed-off-by: Michael Ellerman <mpe@ellerman.id.au>

KVM: PPC: Book3S HV: Implement dirty page logging for radix guests

This adds code to keep track of dirty pages when requested (that is,
when memslot->dirty_bitmap is non-NULL) for radix guests.  We use the
dirty bits in the PTEs in the second-level (partition-scoped) page
tables, together with a bitmap of pages that were dirty when their
PTE was invalidated (e.g., when the page was paged out).  This bitmap
is stored in the first half of the memslot->dirty_bitmap area, and
kvm_vm_ioctl_get_dirty_log_hv() now uses the second half for the
bitmap that gets returned to userspace.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
Signed-off-by: Michael Ellerman <mpe@ellerman.id.au>

KVM: PPC: Book3S HV: MMU notifier callbacks for radix guests

This adapts our implementations of the MMU notifier callbacks
(unmap_hva, unmap_hva_range, age_hva, test_age_hva, set_spte_hva)
to call radix functions when the guest is using radix.  These
implementations are much simpler than for HPT guests because we
have only one PTE to deal with, so we don't need to traverse
rmap chains.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
Signed-off-by: Michael Ellerman <mpe@ellerman.id.au>

KVM: PPC: Book3S HV: Page table construction and page faults for radix guests

This adds the code to construct the second-level ("partition-scoped" in
architecturese) page tables for guests using the radix MMU.  Apart from
the PGD level, which is allocated when the guest is created, the rest
of the tree is all constructed in response to hypervisor page faults.

As well as hypervisor page faults for missing pages, we also get faults
for reference/change (RC) bits needing to be set, as well as various
other error conditions.  For now, we only set the R or C bit in the
guest page table if the same bit is set in the host PTE for the
backing page.

This code can take advantage of the guest being backed with either
transparent or ordinary 2MB huge pages, and insert 2MB page entries
into the guest page tables.  There is no support for 1GB huge pages
yet.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
Signed-off-by: Michael Ellerman <mpe@ellerman.id.au>

KVM: PPC: Book3S HV: Modify guest entry/exit paths to handle radix guests

This adds code to  branch around the parts that radix guests don't
need - clearing and loading the SLB with the guest SLB contents,
saving the guest SLB contents on exit, and restoring the host SLB
contents.

Since the host is now using radix, we need to save and restore the
host value for the PID register.

On hypervisor data/instruction storage interrupts, we don't do the
guest HPT lookup on radix, but just save the guest physical address
for the fault (from the ASDR register) in the vcpu struct.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
Signed-off-by: Michael Ellerman <mpe@ellerman.id.au>

KVM: PPC: Book3S HV: Add basic infrastructure for radix guests

This adds a field in struct kvm_arch and an inline helper to
indicate whether a guest is a radix guest or not, plus a new file
to contain the radix MMU code, which currently contains just a
translate function which knows how to traverse the guest page
tables to translate an address.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
Signed-off-by: Michael Ellerman <mpe@ellerman.id.au>

KVM: PPC: Book3S HV: Use ASDR for HPT guests on POWER9

POWER9 adds a register called ASDR (Access Segment Descriptor
Register), which is set by hypervisor data/instruction storage
interrupts to contain the segment descriptor for the address
being accessed, assuming the guest is using HPT translation.
(For radix guests, it contains the guest real address of the
access.)

Thus, for HPT guests on POWER9, we can use this register rather
than looking up the SLB with the slbfee. instruction.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
Signed-off-by: Michael Ellerman <mpe@ellerman.id.au>

KVM: PPC: Book3S HV: Set process table for HPT guests on POWER9

This adds the implementation of the KVM_PPC_CONFIGURE_V3_MMU ioctl
for HPT guests on POWER9.  With this, we can return 1 for the
KVM_CAP_PPC_MMU_HASH_V3 capability.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
Signed-off-by: Michael Ellerman <mpe@ellerman.id.au>

KVM: PPC: Book3S HV: Add userspace interfaces for POWER9 MMU

This adds two capabilities and two ioctls to allow userspace to
find out about and configure the POWER9 MMU in a guest.  The two
capabilities tell userspace whether KVM can support a guest using
the radix MMU, or using the hashed page table (HPT) MMU with a
process table and segment tables.  (Note that the MMUs in the
POWER9 processor cores do not use the process and segment tables
when in HPT mode, but the nest MMU does).

The KVM_PPC_CONFIGURE_V3_MMU ioctl allows userspace to specify
whether a guest will use the radix MMU or the HPT MMU, and to
specify the size and location (in guest space) of the process
table.

The KVM_PPC_GET_RMMU_INFO ioctl gives userspace information about
the radix MMU.  It returns a list of supported radix tree geometries
(base page size and number of bits indexed at each level of the
radix tree) and the encoding used to specify the various page
sizes for the TLB invalidate entry instruction.

Initially, both capabilities return 0 and the ioctls return -EINVAL,
until the necessary infrastructure for them to operate correctly
is added.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
Signed-off-by: Michael Ellerman <mpe@ellerman.id.au>

powerpc/64: Allow for relocation-on interrupts from guest to host

With host and guest both using radix translation, it is feasible
for the host to take interrupts that come from the guest with
relocation on, and that is in fact what the POWER9 hardware will
do when LPCR[AIL] = 3.  All such interrupts use HSRR0/1 not SRR0/1
except for system call with LEV=1 (hcall).

Therefore this adds the KVM tests to the _HV variants of the
relocation-on interrupt handlers, and adds the KVM test to the
relocation-on system call entry point.

We also instantiate the relocation-on versions of the hypervisor
data storage and instruction interrupt handlers, since these can
occur with relocation on in radix guests.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
Signed-off-by: Michael Ellerman <mpe@ellerman.id.au>