]> git.karo-electronics.de Git - karo-tx-linux.git/blob - drivers/vfio/vfio.c
net: fec: call dma_mapping_error() where appropriate
[karo-tx-linux.git] / drivers / vfio / vfio.c
1 /*
2  * VFIO core
3  *
4  * Copyright (C) 2012 Red Hat, Inc.  All rights reserved.
5  *     Author: Alex Williamson <alex.williamson@redhat.com>
6  *
7  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
8  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
9  * published by the Free Software Foundation.
10  *
11  * Derived from original vfio:
12  * Copyright 2010 Cisco Systems, Inc.  All rights reserved.
13  * Author: Tom Lyon, pugs@cisco.com
14  */
15
16 #include <linux/cdev.h>
17 #include <linux/compat.h>
18 #include <linux/device.h>
19 #include <linux/file.h>
20 #include <linux/anon_inodes.h>
21 #include <linux/fs.h>
22 #include <linux/idr.h>
23 #include <linux/iommu.h>
24 #include <linux/list.h>
25 #include <linux/module.h>
26 #include <linux/mutex.h>
27 #include <linux/rwsem.h>
28 #include <linux/sched.h>
29 #include <linux/slab.h>
30 #include <linux/stat.h>
31 #include <linux/string.h>
32 #include <linux/uaccess.h>
33 #include <linux/vfio.h>
34 #include <linux/wait.h>
35
36 #define DRIVER_VERSION  "0.3"
37 #define DRIVER_AUTHOR   "Alex Williamson <alex.williamson@redhat.com>"
38 #define DRIVER_DESC     "VFIO - User Level meta-driver"
39
40 static struct vfio {
41         struct class                    *class;
42         struct list_head                iommu_drivers_list;
43         struct mutex                    iommu_drivers_lock;
44         struct list_head                group_list;
45         struct idr                      group_idr;
46         struct mutex                    group_lock;
47         struct cdev                     group_cdev;
48         struct device                   *dev;
49         dev_t                           devt;
50         struct cdev                     cdev;
51         wait_queue_head_t               release_q;
52 } vfio;
53
54 struct vfio_iommu_driver {
55         const struct vfio_iommu_driver_ops      *ops;
56         struct list_head                        vfio_next;
57 };
58
59 struct vfio_container {
60         struct kref                     kref;
61         struct list_head                group_list;
62         struct rw_semaphore             group_lock;
63         struct vfio_iommu_driver        *iommu_driver;
64         void                            *iommu_data;
65 };
66
67 struct vfio_group {
68         struct kref                     kref;
69         int                             minor;
70         atomic_t                        container_users;
71         struct iommu_group              *iommu_group;
72         struct vfio_container           *container;
73         struct list_head                device_list;
74         struct mutex                    device_lock;
75         struct device                   *dev;
76         struct notifier_block           nb;
77         struct list_head                vfio_next;
78         struct list_head                container_next;
79         atomic_t                        opened;
80 };
81
82 struct vfio_device {
83         struct kref                     kref;
84         struct device                   *dev;
85         const struct vfio_device_ops    *ops;
86         struct vfio_group               *group;
87         struct list_head                group_next;
88         void                            *device_data;
89 };
90
91 /**
92  * IOMMU driver registration
93  */
94 int vfio_register_iommu_driver(const struct vfio_iommu_driver_ops *ops)
95 {
96         struct vfio_iommu_driver *driver, *tmp;
97
98         driver = kzalloc(sizeof(*driver), GFP_KERNEL);
99         if (!driver)
100                 return -ENOMEM;
101
102         driver->ops = ops;
103
104         mutex_lock(&vfio.iommu_drivers_lock);
105
106         /* Check for duplicates */
107         list_for_each_entry(tmp, &vfio.iommu_drivers_list, vfio_next) {
108                 if (tmp->ops == ops) {
109                         mutex_unlock(&vfio.iommu_drivers_lock);
110                         kfree(driver);
111                         return -EINVAL;
112                 }
113         }
114
115         list_add(&driver->vfio_next, &vfio.iommu_drivers_list);
116
117         mutex_unlock(&vfio.iommu_drivers_lock);
118
119         return 0;
120 }
121 EXPORT_SYMBOL_GPL(vfio_register_iommu_driver);
122
123 void vfio_unregister_iommu_driver(const struct vfio_iommu_driver_ops *ops)
124 {
125         struct vfio_iommu_driver *driver;
126
127         mutex_lock(&vfio.iommu_drivers_lock);
128         list_for_each_entry(driver, &vfio.iommu_drivers_list, vfio_next) {
129                 if (driver->ops == ops) {
130                         list_del(&driver->vfio_next);
131                         mutex_unlock(&vfio.iommu_drivers_lock);
132                         kfree(driver);
133                         return;
134                 }
135         }
136         mutex_unlock(&vfio.iommu_drivers_lock);
137 }
138 EXPORT_SYMBOL_GPL(vfio_unregister_iommu_driver);
139
140 /**
141  * Group minor allocation/free - both called with vfio.group_lock held
142  */
143 static int vfio_alloc_group_minor(struct vfio_group *group)
144 {
145         /* index 0 is used by /dev/vfio/vfio */
146         return idr_alloc(&vfio.group_idr, group, 1, MINORMASK + 1, GFP_KERNEL);
147 }
148
149 static void vfio_free_group_minor(int minor)
150 {
151         idr_remove(&vfio.group_idr, minor);
152 }
153
154 static int vfio_iommu_group_notifier(struct notifier_block *nb,
155                                      unsigned long action, void *data);
156 static void vfio_group_get(struct vfio_group *group);
157
158 /**
159  * Container objects - containers are created when /dev/vfio/vfio is
160  * opened, but their lifecycle extends until the last user is done, so
161  * it's freed via kref.  Must support container/group/device being
162  * closed in any order.
163  */
164 static void vfio_container_get(struct vfio_container *container)
165 {
166         kref_get(&container->kref);
167 }
168
169 static void vfio_container_release(struct kref *kref)
170 {
171         struct vfio_container *container;
172         container = container_of(kref, struct vfio_container, kref);
173
174         kfree(container);
175 }
176
177 static void vfio_container_put(struct vfio_container *container)
178 {
179         kref_put(&container->kref, vfio_container_release);
180 }
181
182 static void vfio_group_unlock_and_free(struct vfio_group *group)
183 {
184         mutex_unlock(&vfio.group_lock);
185         /*
186          * Unregister outside of lock.  A spurious callback is harmless now
187          * that the group is no longer in vfio.group_list.
188          */
189         iommu_group_unregister_notifier(group->iommu_group, &group->nb);
190         kfree(group);
191 }
192
193 /**
194  * Group objects - create, release, get, put, search
195  */
196 static struct vfio_group *vfio_create_group(struct iommu_group *iommu_group)
197 {
198         struct vfio_group *group, *tmp;
199         struct device *dev;
200         int ret, minor;
201
202         group = kzalloc(sizeof(*group), GFP_KERNEL);
203         if (!group)
204                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
205
206         kref_init(&group->kref);
207         INIT_LIST_HEAD(&group->device_list);
208         mutex_init(&group->device_lock);
209         atomic_set(&group->container_users, 0);
210         atomic_set(&group->opened, 0);
211         group->iommu_group = iommu_group;
212
213         group->nb.notifier_call = vfio_iommu_group_notifier;
214
215         /*
216          * blocking notifiers acquire a rwsem around registering and hold
217          * it around callback.  Therefore, need to register outside of
218          * vfio.group_lock to avoid A-B/B-A contention.  Our callback won't
219          * do anything unless it can find the group in vfio.group_list, so
220          * no harm in registering early.
221          */
222         ret = iommu_group_register_notifier(iommu_group, &group->nb);
223         if (ret) {
224                 kfree(group);
225                 return ERR_PTR(ret);
226         }
227
228         mutex_lock(&vfio.group_lock);
229
230         minor = vfio_alloc_group_minor(group);
231         if (minor < 0) {
232                 vfio_group_unlock_and_free(group);
233                 return ERR_PTR(minor);
234         }
235
236         /* Did we race creating this group? */
237         list_for_each_entry(tmp, &vfio.group_list, vfio_next) {
238                 if (tmp->iommu_group == iommu_group) {
239                         vfio_group_get(tmp);
240                         vfio_free_group_minor(minor);
241                         vfio_group_unlock_and_free(group);
242                         return tmp;
243                 }
244         }
245
246         dev = device_create(vfio.class, NULL, MKDEV(MAJOR(vfio.devt), minor),
247                             group, "%d", iommu_group_id(iommu_group));
248         if (IS_ERR(dev)) {
249                 vfio_free_group_minor(minor);
250                 vfio_group_unlock_and_free(group);
251                 return (struct vfio_group *)dev; /* ERR_PTR */
252         }
253
254         group->minor = minor;
255         group->dev = dev;
256
257         list_add(&group->vfio_next, &vfio.group_list);
258
259         mutex_unlock(&vfio.group_lock);
260
261         return group;
262 }
263
264 /* called with vfio.group_lock held */
265 static void vfio_group_release(struct kref *kref)
266 {
267         struct vfio_group *group = container_of(kref, struct vfio_group, kref);
268
269         WARN_ON(!list_empty(&group->device_list));
270
271         device_destroy(vfio.class, MKDEV(MAJOR(vfio.devt), group->minor));
272         list_del(&group->vfio_next);
273         vfio_free_group_minor(group->minor);
274         vfio_group_unlock_and_free(group);
275 }
276
277 static void vfio_group_put(struct vfio_group *group)
278 {
279         kref_put_mutex(&group->kref, vfio_group_release, &vfio.group_lock);
280 }
281
282 /* Assume group_lock or group reference is held */
283 static void vfio_group_get(struct vfio_group *group)
284 {
285         kref_get(&group->kref);
286 }
287
288 /*
289  * Not really a try as we will sleep for mutex, but we need to make
290  * sure the group pointer is valid under lock and get a reference.
291  */
292 static struct vfio_group *vfio_group_try_get(struct vfio_group *group)
293 {
294         struct vfio_group *target = group;
295
296         mutex_lock(&vfio.group_lock);
297         list_for_each_entry(group, &vfio.group_list, vfio_next) {
298                 if (group == target) {
299                         vfio_group_get(group);
300                         mutex_unlock(&vfio.group_lock);
301                         return group;
302                 }
303         }
304         mutex_unlock(&vfio.group_lock);
305
306         return NULL;
307 }
308
309 static
310 struct vfio_group *vfio_group_get_from_iommu(struct iommu_group *iommu_group)
311 {
312         struct vfio_group *group;
313
314         mutex_lock(&vfio.group_lock);
315         list_for_each_entry(group, &vfio.group_list, vfio_next) {
316                 if (group->iommu_group == iommu_group) {
317                         vfio_group_get(group);
318                         mutex_unlock(&vfio.group_lock);
319                         return group;
320                 }
321         }
322         mutex_unlock(&vfio.group_lock);
323
324         return NULL;
325 }
326
327 static struct vfio_group *vfio_group_get_from_minor(int minor)
328 {
329         struct vfio_group *group;
330
331         mutex_lock(&vfio.group_lock);
332         group = idr_find(&vfio.group_idr, minor);
333         if (!group) {
334                 mutex_unlock(&vfio.group_lock);
335                 return NULL;
336         }
337         vfio_group_get(group);
338         mutex_unlock(&vfio.group_lock);
339
340         return group;
341 }
342
343 /**
344  * Device objects - create, release, get, put, search
345  */
346 static
347 struct vfio_device *vfio_group_create_device(struct vfio_group *group,
348                                              struct device *dev,
349                                              const struct vfio_device_ops *ops,
350                                              void *device_data)
351 {
352         struct vfio_device *device;
353         int ret;
354
355         device = kzalloc(sizeof(*device), GFP_KERNEL);
356         if (!device)
357                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
358
359         kref_init(&device->kref);
360         device->dev = dev;
361         device->group = group;
362         device->ops = ops;
363         device->device_data = device_data;
364
365         ret = dev_set_drvdata(dev, device);
366         if (ret) {
367                 kfree(device);
368                 return ERR_PTR(ret);
369         }
370
371         /* No need to get group_lock, caller has group reference */
372         vfio_group_get(group);
373
374         mutex_lock(&group->device_lock);
375         list_add(&device->group_next, &group->device_list);
376         mutex_unlock(&group->device_lock);
377
378         return device;
379 }
380
381 static void vfio_device_release(struct kref *kref)
382 {
383         struct vfio_device *device = container_of(kref,
384                                                   struct vfio_device, kref);
385         struct vfio_group *group = device->group;
386
387         list_del(&device->group_next);
388         mutex_unlock(&group->device_lock);
389
390         dev_set_drvdata(device->dev, NULL);
391
392         kfree(device);
393
394         /* vfio_del_group_dev may be waiting for this device */
395         wake_up(&vfio.release_q);
396 }
397
398 /* Device reference always implies a group reference */
399 void vfio_device_put(struct vfio_device *device)
400 {
401         struct vfio_group *group = device->group;
402         kref_put_mutex(&device->kref, vfio_device_release, &group->device_lock);
403         vfio_group_put(group);
404 }
405 EXPORT_SYMBOL_GPL(vfio_device_put);
406
407 static void vfio_device_get(struct vfio_device *device)
408 {
409         vfio_group_get(device->group);
410         kref_get(&device->kref);
411 }
412
413 static struct vfio_device *vfio_group_get_device(struct vfio_group *group,
414                                                  struct device *dev)
415 {
416         struct vfio_device *device;
417
418         mutex_lock(&group->device_lock);
419         list_for_each_entry(device, &group->device_list, group_next) {
420                 if (device->dev == dev) {
421                         vfio_device_get(device);
422                         mutex_unlock(&group->device_lock);
423                         return device;
424                 }
425         }
426         mutex_unlock(&group->device_lock);
427         return NULL;
428 }
429
430 /*
431  * Whitelist some drivers that we know are safe (no dma) or just sit on
432  * a device.  It's not always practical to leave a device within a group
433  * driverless as it could get re-bound to something unsafe.
434  */
435 static const char * const vfio_driver_whitelist[] = { "pci-stub", "pcieport" };
436
437 static bool vfio_whitelisted_driver(struct device_driver *drv)
438 {
439         int i;
440
441         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(vfio_driver_whitelist); i++) {
442                 if (!strcmp(drv->name, vfio_driver_whitelist[i]))
443                         return true;
444         }
445
446         return false;
447 }
448
449 /*
450  * A vfio group is viable for use by userspace if all devices are either
451  * driver-less or bound to a vfio or whitelisted driver.  We test the
452  * latter by the existence of a struct vfio_device matching the dev.
453  */
454 static int vfio_dev_viable(struct device *dev, void *data)
455 {
456         struct vfio_group *group = data;
457         struct vfio_device *device;
458         struct device_driver *drv = ACCESS_ONCE(dev->driver);
459
460         if (!drv || vfio_whitelisted_driver(drv))
461                 return 0;
462
463         device = vfio_group_get_device(group, dev);
464         if (device) {
465                 vfio_device_put(device);
466                 return 0;
467         }
468
469         return -EINVAL;
470 }
471
472 /**
473  * Async device support
474  */
475 static int vfio_group_nb_add_dev(struct vfio_group *group, struct device *dev)
476 {
477         struct vfio_device *device;
478
479         /* Do we already know about it?  We shouldn't */
480         device = vfio_group_get_device(group, dev);
481         if (WARN_ON_ONCE(device)) {
482                 vfio_device_put(device);
483                 return 0;
484         }
485
486         /* Nothing to do for idle groups */
487         if (!atomic_read(&group->container_users))
488                 return 0;
489
490         /* TODO Prevent device auto probing */
491         WARN("Device %s added to live group %d!\n", dev_name(dev),
492              iommu_group_id(group->iommu_group));
493
494         return 0;
495 }
496
497 static int vfio_group_nb_verify(struct vfio_group *group, struct device *dev)
498 {
499         /* We don't care what happens when the group isn't in use */
500         if (!atomic_read(&group->container_users))
501                 return 0;
502
503         return vfio_dev_viable(dev, group);
504 }
505
506 static int vfio_iommu_group_notifier(struct notifier_block *nb,
507                                      unsigned long action, void *data)
508 {
509         struct vfio_group *group = container_of(nb, struct vfio_group, nb);
510         struct device *dev = data;
511
512         /*
513          * Need to go through a group_lock lookup to get a reference or we
514          * risk racing a group being removed.  Ignore spurious notifies.
515          */
516         group = vfio_group_try_get(group);
517         if (!group)
518                 return NOTIFY_OK;
519
520         switch (action) {
521         case IOMMU_GROUP_NOTIFY_ADD_DEVICE:
522                 vfio_group_nb_add_dev(group, dev);
523                 break;
524         case IOMMU_GROUP_NOTIFY_DEL_DEVICE:
525                 /*
526                  * Nothing to do here.  If the device is in use, then the
527                  * vfio sub-driver should block the remove callback until
528                  * it is unused.  If the device is unused or attached to a
529                  * stub driver, then it should be released and we don't
530                  * care that it will be going away.
531                  */
532                 break;
533         case IOMMU_GROUP_NOTIFY_BIND_DRIVER:
534                 pr_debug("%s: Device %s, group %d binding to driver\n",
535                          __func__, dev_name(dev),
536                          iommu_group_id(group->iommu_group));
537                 break;
538         case IOMMU_GROUP_NOTIFY_BOUND_DRIVER:
539                 pr_debug("%s: Device %s, group %d bound to driver %s\n",
540                          __func__, dev_name(dev),
541                          iommu_group_id(group->iommu_group), dev->driver->name);
542                 BUG_ON(vfio_group_nb_verify(group, dev));
543                 break;
544         case IOMMU_GROUP_NOTIFY_UNBIND_DRIVER:
545                 pr_debug("%s: Device %s, group %d unbinding from driver %s\n",
546                          __func__, dev_name(dev),
547                          iommu_group_id(group->iommu_group), dev->driver->name);
548                 break;
549         case IOMMU_GROUP_NOTIFY_UNBOUND_DRIVER:
550                 pr_debug("%s: Device %s, group %d unbound from driver\n",
551                          __func__, dev_name(dev),
552                          iommu_group_id(group->iommu_group));
553                 /*
554                  * XXX An unbound device in a live group is ok, but we'd
555                  * really like to avoid the above BUG_ON by preventing other
556                  * drivers from binding to it.  Once that occurs, we have to
557                  * stop the system to maintain isolation.  At a minimum, we'd
558                  * want a toggle to disable driver auto probe for this device.
559                  */
560                 break;
561         }
562
563         vfio_group_put(group);
564         return NOTIFY_OK;
565 }
566
567 /**
568  * VFIO driver API
569  */
570 int vfio_add_group_dev(struct device *dev,
571                        const struct vfio_device_ops *ops, void *device_data)
572 {
573         struct iommu_group *iommu_group;
574         struct vfio_group *group;
575         struct vfio_device *device;
576
577         iommu_group = iommu_group_get(dev);
578         if (!iommu_group)
579                 return -EINVAL;
580
581         group = vfio_group_get_from_iommu(iommu_group);
582         if (!group) {
583                 group = vfio_create_group(iommu_group);
584                 if (IS_ERR(group)) {
585                         iommu_group_put(iommu_group);
586                         return PTR_ERR(group);
587                 }
588         }
589
590         device = vfio_group_get_device(group, dev);
591         if (device) {
592                 WARN(1, "Device %s already exists on group %d\n",
593                      dev_name(dev), iommu_group_id(iommu_group));
594                 vfio_device_put(device);
595                 vfio_group_put(group);
596                 iommu_group_put(iommu_group);
597                 return -EBUSY;
598         }
599
600         device = vfio_group_create_device(group, dev, ops, device_data);
601         if (IS_ERR(device)) {
602                 vfio_group_put(group);
603                 iommu_group_put(iommu_group);
604                 return PTR_ERR(device);
605         }
606
607         /*
608          * Added device holds reference to iommu_group and vfio_device
609          * (which in turn holds reference to vfio_group).  Drop extra
610          * group reference used while acquiring device.
611          */
612         vfio_group_put(group);
613
614         return 0;
615 }
616 EXPORT_SYMBOL_GPL(vfio_add_group_dev);
617
618 /**
619  * Get a reference to the vfio_device for a device that is known to
620  * be bound to a vfio driver.  The driver implicitly holds a
621  * vfio_device reference between vfio_add_group_dev and
622  * vfio_del_group_dev.  We can therefore use drvdata to increment
623  * that reference from the struct device.  This additional
624  * reference must be released by calling vfio_device_put.
625  */
626 struct vfio_device *vfio_device_get_from_dev(struct device *dev)
627 {
628         struct vfio_device *device = dev_get_drvdata(dev);
629
630         vfio_device_get(device);
631
632         return device;
633 }
634 EXPORT_SYMBOL_GPL(vfio_device_get_from_dev);
635
636 /*
637  * Caller must hold a reference to the vfio_device
638  */
639 void *vfio_device_data(struct vfio_device *device)
640 {
641         return device->device_data;
642 }
643 EXPORT_SYMBOL_GPL(vfio_device_data);
644
645 /* Given a referenced group, check if it contains the device */
646 static bool vfio_dev_present(struct vfio_group *group, struct device *dev)
647 {
648         struct vfio_device *device;
649
650         device = vfio_group_get_device(group, dev);
651         if (!device)
652                 return false;
653
654         vfio_device_put(device);
655         return true;
656 }
657
658 /*
659  * Decrement the device reference count and wait for the device to be
660  * removed.  Open file descriptors for the device... */
661 void *vfio_del_group_dev(struct device *dev)
662 {
663         struct vfio_device *device = dev_get_drvdata(dev);
664         struct vfio_group *group = device->group;
665         struct iommu_group *iommu_group = group->iommu_group;
666         void *device_data = device->device_data;
667
668         /*
669          * The group exists so long as we have a device reference.  Get
670          * a group reference and use it to scan for the device going away.
671          */
672         vfio_group_get(group);
673
674         vfio_device_put(device);
675
676         /* TODO send a signal to encourage this to be released */
677         wait_event(vfio.release_q, !vfio_dev_present(group, dev));
678
679         vfio_group_put(group);
680
681         iommu_group_put(iommu_group);
682
683         return device_data;
684 }
685 EXPORT_SYMBOL_GPL(vfio_del_group_dev);
686
687 /**
688  * VFIO base fd, /dev/vfio/vfio
689  */
690 static long vfio_ioctl_check_extension(struct vfio_container *container,
691                                        unsigned long arg)
692 {
693         struct vfio_iommu_driver *driver;
694         long ret = 0;
695
696         down_read(&container->group_lock);
697
698         driver = container->iommu_driver;
699
700         switch (arg) {
701                 /* No base extensions yet */
702         default:
703                 /*
704                  * If no driver is set, poll all registered drivers for
705                  * extensions and return the first positive result.  If
706                  * a driver is already set, further queries will be passed
707                  * only to that driver.
708                  */
709                 if (!driver) {
710                         mutex_lock(&vfio.iommu_drivers_lock);
711                         list_for_each_entry(driver, &vfio.iommu_drivers_list,
712                                             vfio_next) {
713                                 if (!try_module_get(driver->ops->owner))
714                                         continue;
715
716                                 ret = driver->ops->ioctl(NULL,
717                                                          VFIO_CHECK_EXTENSION,
718                                                          arg);
719                                 module_put(driver->ops->owner);
720                                 if (ret > 0)
721                                         break;
722                         }
723                         mutex_unlock(&vfio.iommu_drivers_lock);
724                 } else
725                         ret = driver->ops->ioctl(container->iommu_data,
726                                                  VFIO_CHECK_EXTENSION, arg);
727         }
728
729         up_read(&container->group_lock);
730
731         return ret;
732 }
733
734 /* hold write lock on container->group_lock */
735 static int __vfio_container_attach_groups(struct vfio_container *container,
736                                           struct vfio_iommu_driver *driver,
737                                           void *data)
738 {
739         struct vfio_group *group;
740         int ret = -ENODEV;
741
742         list_for_each_entry(group, &container->group_list, container_next) {
743                 ret = driver->ops->attach_group(data, group->iommu_group);
744                 if (ret)
745                         goto unwind;
746         }
747
748         return ret;
749
750 unwind:
751         list_for_each_entry_continue_reverse(group, &container->group_list,
752                                              container_next) {
753                 driver->ops->detach_group(data, group->iommu_group);
754         }
755
756         return ret;
757 }
758
759 static long vfio_ioctl_set_iommu(struct vfio_container *container,
760                                  unsigned long arg)
761 {
762         struct vfio_iommu_driver *driver;
763         long ret = -ENODEV;
764
765         down_write(&container->group_lock);
766
767         /*
768          * The container is designed to be an unprivileged interface while
769          * the group can be assigned to specific users.  Therefore, only by
770          * adding a group to a container does the user get the privilege of
771          * enabling the iommu, which may allocate finite resources.  There
772          * is no unset_iommu, but by removing all the groups from a container,
773          * the container is deprivileged and returns to an unset state.
774          */
775         if (list_empty(&container->group_list) || container->iommu_driver) {
776                 up_write(&container->group_lock);
777                 return -EINVAL;
778         }
779
780         mutex_lock(&vfio.iommu_drivers_lock);
781         list_for_each_entry(driver, &vfio.iommu_drivers_list, vfio_next) {
782                 void *data;
783
784                 if (!try_module_get(driver->ops->owner))
785                         continue;
786
787                 /*
788                  * The arg magic for SET_IOMMU is the same as CHECK_EXTENSION,
789                  * so test which iommu driver reported support for this
790                  * extension and call open on them.  We also pass them the
791                  * magic, allowing a single driver to support multiple
792                  * interfaces if they'd like.
793                  */
794                 if (driver->ops->ioctl(NULL, VFIO_CHECK_EXTENSION, arg) <= 0) {
795                         module_put(driver->ops->owner);
796                         continue;
797                 }
798
799                 /* module reference holds the driver we're working on */
800                 mutex_unlock(&vfio.iommu_drivers_lock);
801
802                 data = driver->ops->open(arg);
803                 if (IS_ERR(data)) {
804                         ret = PTR_ERR(data);
805                         module_put(driver->ops->owner);
806                         goto skip_drivers_unlock;
807                 }
808
809                 ret = __vfio_container_attach_groups(container, driver, data);
810                 if (!ret) {
811                         container->iommu_driver = driver;
812                         container->iommu_data = data;
813                 } else {
814                         driver->ops->release(data);
815                         module_put(driver->ops->owner);
816                 }
817
818                 goto skip_drivers_unlock;
819         }
820
821         mutex_unlock(&vfio.iommu_drivers_lock);
822 skip_drivers_unlock:
823         up_write(&container->group_lock);
824
825         return ret;
826 }
827
828 static long vfio_fops_unl_ioctl(struct file *filep,
829                                 unsigned int cmd, unsigned long arg)
830 {
831         struct vfio_container *container = filep->private_data;
832         struct vfio_iommu_driver *driver;
833         void *data;
834         long ret = -EINVAL;
835
836         if (!container)
837                 return ret;
838
839         switch (cmd) {
840         case VFIO_GET_API_VERSION:
841                 ret = VFIO_API_VERSION;
842                 break;
843         case VFIO_CHECK_EXTENSION:
844                 ret = vfio_ioctl_check_extension(container, arg);
845                 break;
846         case VFIO_SET_IOMMU:
847                 ret = vfio_ioctl_set_iommu(container, arg);
848                 break;
849         default:
850                 down_read(&container->group_lock);
851
852                 driver = container->iommu_driver;
853                 data = container->iommu_data;
854
855                 if (driver) /* passthrough all unrecognized ioctls */
856                         ret = driver->ops->ioctl(data, cmd, arg);
857
858                 up_read(&container->group_lock);
859         }
860
861         return ret;
862 }
863
864 #ifdef CONFIG_COMPAT
865 static long vfio_fops_compat_ioctl(struct file *filep,
866                                    unsigned int cmd, unsigned long arg)
867 {
868         arg = (unsigned long)compat_ptr(arg);
869         return vfio_fops_unl_ioctl(filep, cmd, arg);
870 }
871 #endif  /* CONFIG_COMPAT */
872
873 static int vfio_fops_open(struct inode *inode, struct file *filep)
874 {
875         struct vfio_container *container;
876
877         container = kzalloc(sizeof(*container), GFP_KERNEL);
878         if (!container)
879                 return -ENOMEM;
880
881         INIT_LIST_HEAD(&container->group_list);
882         init_rwsem(&container->group_lock);
883         kref_init(&container->kref);
884
885         filep->private_data = container;
886
887         return 0;
888 }
889
890 static int vfio_fops_release(struct inode *inode, struct file *filep)
891 {
892         struct vfio_container *container = filep->private_data;
893
894         filep->private_data = NULL;
895
896         vfio_container_put(container);
897
898         return 0;
899 }
900
901 /*
902  * Once an iommu driver is set, we optionally pass read/write/mmap
903  * on to the driver, allowing management interfaces beyond ioctl.
904  */
905 static ssize_t vfio_fops_read(struct file *filep, char __user *buf,
906                               size_t count, loff_t *ppos)
907 {
908         struct vfio_container *container = filep->private_data;
909         struct vfio_iommu_driver *driver;
910         ssize_t ret = -EINVAL;
911
912         down_read(&container->group_lock);
913
914         driver = container->iommu_driver;
915         if (likely(driver && driver->ops->read))
916                 ret = driver->ops->read(container->iommu_data,
917                                         buf, count, ppos);
918
919         up_read(&container->group_lock);
920
921         return ret;
922 }
923
924 static ssize_t vfio_fops_write(struct file *filep, const char __user *buf,
925                                size_t count, loff_t *ppos)
926 {
927         struct vfio_container *container = filep->private_data;
928         struct vfio_iommu_driver *driver;
929         ssize_t ret = -EINVAL;
930
931         down_read(&container->group_lock);
932
933         driver = container->iommu_driver;
934         if (likely(driver && driver->ops->write))
935                 ret = driver->ops->write(container->iommu_data,
936                                          buf, count, ppos);
937
938         up_read(&container->group_lock);
939
940         return ret;
941 }
942
943 static int vfio_fops_mmap(struct file *filep, struct vm_area_struct *vma)
944 {
945         struct vfio_container *container = filep->private_data;
946         struct vfio_iommu_driver *driver;
947         int ret = -EINVAL;
948
949         down_read(&container->group_lock);
950
951         driver = container->iommu_driver;
952         if (likely(driver && driver->ops->mmap))
953                 ret = driver->ops->mmap(container->iommu_data, vma);
954
955         up_read(&container->group_lock);
956
957         return ret;
958 }
959
960 static const struct file_operations vfio_fops = {
961         .owner          = THIS_MODULE,
962         .open           = vfio_fops_open,
963         .release        = vfio_fops_release,
964         .read           = vfio_fops_read,
965         .write          = vfio_fops_write,
966         .unlocked_ioctl = vfio_fops_unl_ioctl,
967 #ifdef CONFIG_COMPAT
968         .compat_ioctl   = vfio_fops_compat_ioctl,
969 #endif
970         .mmap           = vfio_fops_mmap,
971 };
972
973 /**
974  * VFIO Group fd, /dev/vfio/$GROUP
975  */
976 static void __vfio_group_unset_container(struct vfio_group *group)
977 {
978         struct vfio_container *container = group->container;
979         struct vfio_iommu_driver *driver;
980
981         down_write(&container->group_lock);
982
983         driver = container->iommu_driver;
984         if (driver)
985                 driver->ops->detach_group(container->iommu_data,
986                                           group->iommu_group);
987
988         group->container = NULL;
989         list_del(&group->container_next);
990
991         /* Detaching the last group deprivileges a container, remove iommu */
992         if (driver && list_empty(&container->group_list)) {
993                 driver->ops->release(container->iommu_data);
994                 module_put(driver->ops->owner);
995                 container->iommu_driver = NULL;
996                 container->iommu_data = NULL;
997         }
998
999         up_write(&container->group_lock);
1000
1001         vfio_container_put(container);
1002 }
1003
1004 /*
1005  * VFIO_GROUP_UNSET_CONTAINER should fail if there are other users or
1006  * if there was no container to unset.  Since the ioctl is called on
1007  * the group, we know that still exists, therefore the only valid
1008  * transition here is 1->0.
1009  */
1010 static int vfio_group_unset_container(struct vfio_group *group)
1011 {
1012         int users = atomic_cmpxchg(&group->container_users, 1, 0);
1013
1014         if (!users)
1015                 return -EINVAL;
1016         if (users != 1)
1017                 return -EBUSY;
1018
1019         __vfio_group_unset_container(group);
1020
1021         return 0;
1022 }
1023
1024 /*
1025  * When removing container users, anything that removes the last user
1026  * implicitly removes the group from the container.  That is, if the
1027  * group file descriptor is closed, as well as any device file descriptors,
1028  * the group is free.
1029  */
1030 static void vfio_group_try_dissolve_container(struct vfio_group *group)
1031 {
1032         if (0 == atomic_dec_if_positive(&group->container_users))
1033                 __vfio_group_unset_container(group);
1034 }
1035
1036 static int vfio_group_set_container(struct vfio_group *group, int container_fd)
1037 {
1038         struct fd f;
1039         struct vfio_container *container;
1040         struct vfio_iommu_driver *driver;
1041         int ret = 0;
1042
1043         if (atomic_read(&group->container_users))
1044                 return -EINVAL;
1045
1046         f = fdget(container_fd);
1047         if (!f.file)
1048                 return -EBADF;
1049
1050         /* Sanity check, is this really our fd? */
1051         if (f.file->f_op != &vfio_fops) {
1052                 fdput(f);
1053                 return -EINVAL;
1054         }
1055
1056         container = f.file->private_data;
1057         WARN_ON(!container); /* fget ensures we don't race vfio_release */
1058
1059         down_write(&container->group_lock);
1060
1061         driver = container->iommu_driver;
1062         if (driver) {
1063                 ret = driver->ops->attach_group(container->iommu_data,
1064                                                 group->iommu_group);
1065                 if (ret)
1066                         goto unlock_out;
1067         }
1068
1069         group->container = container;
1070         list_add(&group->container_next, &container->group_list);
1071
1072         /* Get a reference on the container and mark a user within the group */
1073         vfio_container_get(container);
1074         atomic_inc(&group->container_users);
1075
1076 unlock_out:
1077         up_write(&container->group_lock);
1078         fdput(f);
1079         return ret;
1080 }
1081
1082 static bool vfio_group_viable(struct vfio_group *group)
1083 {
1084         return (iommu_group_for_each_dev(group->iommu_group,
1085                                          group, vfio_dev_viable) == 0);
1086 }
1087
1088 static const struct file_operations vfio_device_fops;
1089
1090 static int vfio_group_get_device_fd(struct vfio_group *group, char *buf)
1091 {
1092         struct vfio_device *device;
1093         struct file *filep;
1094         int ret = -ENODEV;
1095
1096         if (0 == atomic_read(&group->container_users) ||
1097             !group->container->iommu_driver || !vfio_group_viable(group))
1098                 return -EINVAL;
1099
1100         mutex_lock(&group->device_lock);
1101         list_for_each_entry(device, &group->device_list, group_next) {
1102                 if (strcmp(dev_name(device->dev), buf))
1103                         continue;
1104
1105                 ret = device->ops->open(device->device_data);
1106                 if (ret)
1107                         break;
1108                 /*
1109                  * We can't use anon_inode_getfd() because we need to modify
1110                  * the f_mode flags directly to allow more than just ioctls
1111                  */
1112                 ret = get_unused_fd_flags(O_CLOEXEC);
1113                 if (ret < 0) {
1114                         device->ops->release(device->device_data);
1115                         break;
1116                 }
1117
1118                 filep = anon_inode_getfile("[vfio-device]", &vfio_device_fops,
1119                                            device, O_RDWR);
1120                 if (IS_ERR(filep)) {
1121                         put_unused_fd(ret);
1122                         ret = PTR_ERR(filep);
1123                         device->ops->release(device->device_data);
1124                         break;
1125                 }
1126
1127                 /*
1128                  * TODO: add an anon_inode interface to do this.
1129                  * Appears to be missing by lack of need rather than
1130                  * explicitly prevented.  Now there's need.
1131                  */
1132                 filep->f_mode |= (FMODE_LSEEK | FMODE_PREAD | FMODE_PWRITE);
1133
1134                 vfio_device_get(device);
1135                 atomic_inc(&group->container_users);
1136
1137                 fd_install(ret, filep);
1138                 break;
1139         }
1140         mutex_unlock(&group->device_lock);
1141
1142         return ret;
1143 }
1144
1145 static long vfio_group_fops_unl_ioctl(struct file *filep,
1146                                       unsigned int cmd, unsigned long arg)
1147 {
1148         struct vfio_group *group = filep->private_data;
1149         long ret = -ENOTTY;
1150
1151         switch (cmd) {
1152         case VFIO_GROUP_GET_STATUS:
1153         {
1154                 struct vfio_group_status status;
1155                 unsigned long minsz;
1156
1157                 minsz = offsetofend(struct vfio_group_status, flags);
1158
1159                 if (copy_from_user(&status, (void __user *)arg, minsz))
1160                         return -EFAULT;
1161
1162                 if (status.argsz < minsz)
1163                         return -EINVAL;
1164
1165                 status.flags = 0;
1166
1167                 if (vfio_group_viable(group))
1168                         status.flags |= VFIO_GROUP_FLAGS_VIABLE;
1169
1170                 if (group->container)
1171                         status.flags |= VFIO_GROUP_FLAGS_CONTAINER_SET;
1172
1173                 if (copy_to_user((void __user *)arg, &status, minsz))
1174                         return -EFAULT;
1175
1176                 ret = 0;
1177                 break;
1178         }
1179         case VFIO_GROUP_SET_CONTAINER:
1180         {
1181                 int fd;
1182
1183                 if (get_user(fd, (int __user *)arg))
1184                         return -EFAULT;
1185
1186                 if (fd < 0)
1187                         return -EINVAL;
1188
1189                 ret = vfio_group_set_container(group, fd);
1190                 break;
1191         }
1192         case VFIO_GROUP_UNSET_CONTAINER:
1193                 ret = vfio_group_unset_container(group);
1194                 break;
1195         case VFIO_GROUP_GET_DEVICE_FD:
1196         {
1197                 char *buf;
1198
1199                 buf = strndup_user((const char __user *)arg, PAGE_SIZE);
1200                 if (IS_ERR(buf))
1201                         return PTR_ERR(buf);
1202
1203                 ret = vfio_group_get_device_fd(group, buf);
1204                 kfree(buf);
1205                 break;
1206         }
1207         }
1208
1209         return ret;
1210 }
1211
1212 #ifdef CONFIG_COMPAT
1213 static long vfio_group_fops_compat_ioctl(struct file *filep,
1214                                          unsigned int cmd, unsigned long arg)
1215 {
1216         arg = (unsigned long)compat_ptr(arg);
1217         return vfio_group_fops_unl_ioctl(filep, cmd, arg);
1218 }
1219 #endif  /* CONFIG_COMPAT */
1220
1221 static int vfio_group_fops_open(struct inode *inode, struct file *filep)
1222 {
1223         struct vfio_group *group;
1224         int opened;
1225
1226         group = vfio_group_get_from_minor(iminor(inode));
1227         if (!group)
1228                 return -ENODEV;
1229
1230         /* Do we need multiple instances of the group open?  Seems not. */
1231         opened = atomic_cmpxchg(&group->opened, 0, 1);
1232         if (opened) {
1233                 vfio_group_put(group);
1234                 return -EBUSY;
1235         }
1236
1237         /* Is something still in use from a previous open? */
1238         if (group->container) {
1239                 atomic_dec(&group->opened);
1240                 vfio_group_put(group);
1241                 return -EBUSY;
1242         }
1243
1244         filep->private_data = group;
1245
1246         return 0;
1247 }
1248
1249 static int vfio_group_fops_release(struct inode *inode, struct file *filep)
1250 {
1251         struct vfio_group *group = filep->private_data;
1252
1253         filep->private_data = NULL;
1254
1255         vfio_group_try_dissolve_container(group);
1256
1257         atomic_dec(&group->opened);
1258
1259         vfio_group_put(group);
1260
1261         return 0;
1262 }
1263
1264 static const struct file_operations vfio_group_fops = {
1265         .owner          = THIS_MODULE,
1266         .unlocked_ioctl = vfio_group_fops_unl_ioctl,
1267 #ifdef CONFIG_COMPAT
1268         .compat_ioctl   = vfio_group_fops_compat_ioctl,
1269 #endif
1270         .open           = vfio_group_fops_open,
1271         .release        = vfio_group_fops_release,
1272 };
1273
1274 /**
1275  * VFIO Device fd
1276  */
1277 static int vfio_device_fops_release(struct inode *inode, struct file *filep)
1278 {
1279         struct vfio_device *device = filep->private_data;
1280
1281         device->ops->release(device->device_data);
1282
1283         vfio_group_try_dissolve_container(device->group);
1284
1285         vfio_device_put(device);
1286
1287         return 0;
1288 }
1289
1290 static long vfio_device_fops_unl_ioctl(struct file *filep,
1291                                        unsigned int cmd, unsigned long arg)
1292 {
1293         struct vfio_device *device = filep->private_data;
1294
1295         if (unlikely(!device->ops->ioctl))
1296                 return -EINVAL;
1297
1298         return device->ops->ioctl(device->device_data, cmd, arg);
1299 }
1300
1301 static ssize_t vfio_device_fops_read(struct file *filep, char __user *buf,
1302                                      size_t count, loff_t *ppos)
1303 {
1304         struct vfio_device *device = filep->private_data;
1305
1306         if (unlikely(!device->ops->read))
1307                 return -EINVAL;
1308
1309         return device->ops->read(device->device_data, buf, count, ppos);
1310 }
1311
1312 static ssize_t vfio_device_fops_write(struct file *filep,
1313                                       const char __user *buf,
1314                                       size_t count, loff_t *ppos)
1315 {
1316         struct vfio_device *device = filep->private_data;
1317
1318         if (unlikely(!device->ops->write))
1319                 return -EINVAL;
1320
1321         return device->ops->write(device->device_data, buf, count, ppos);
1322 }
1323
1324 static int vfio_device_fops_mmap(struct file *filep, struct vm_area_struct *vma)
1325 {
1326         struct vfio_device *device = filep->private_data;
1327
1328         if (unlikely(!device->ops->mmap))
1329                 return -EINVAL;
1330
1331         return device->ops->mmap(device->device_data, vma);
1332 }
1333
1334 #ifdef CONFIG_COMPAT
1335 static long vfio_device_fops_compat_ioctl(struct file *filep,
1336                                           unsigned int cmd, unsigned long arg)
1337 {
1338         arg = (unsigned long)compat_ptr(arg);
1339         return vfio_device_fops_unl_ioctl(filep, cmd, arg);
1340 }
1341 #endif  /* CONFIG_COMPAT */
1342
1343 static const struct file_operations vfio_device_fops = {
1344         .owner          = THIS_MODULE,
1345         .release        = vfio_device_fops_release,
1346         .read           = vfio_device_fops_read,
1347         .write          = vfio_device_fops_write,
1348         .unlocked_ioctl = vfio_device_fops_unl_ioctl,
1349 #ifdef CONFIG_COMPAT
1350         .compat_ioctl   = vfio_device_fops_compat_ioctl,
1351 #endif
1352         .mmap           = vfio_device_fops_mmap,
1353 };
1354
1355 /**
1356  * External user API, exported by symbols to be linked dynamically.
1357  *
1358  * The protocol includes:
1359  *  1. do normal VFIO init operation:
1360  *      - opening a new container;
1361  *      - attaching group(s) to it;
1362  *      - setting an IOMMU driver for a container.
1363  * When IOMMU is set for a container, all groups in it are
1364  * considered ready to use by an external user.
1365  *
1366  * 2. User space passes a group fd to an external user.
1367  * The external user calls vfio_group_get_external_user()
1368  * to verify that:
1369  *      - the group is initialized;
1370  *      - IOMMU is set for it.
1371  * If both checks passed, vfio_group_get_external_user()
1372  * increments the container user counter to prevent
1373  * the VFIO group from disposal before KVM exits.
1374  *
1375  * 3. The external user calls vfio_external_user_iommu_id()
1376  * to know an IOMMU ID.
1377  *
1378  * 4. When the external KVM finishes, it calls
1379  * vfio_group_put_external_user() to release the VFIO group.
1380  * This call decrements the container user counter.
1381  */
1382 struct vfio_group *vfio_group_get_external_user(struct file *filep)
1383 {
1384         struct vfio_group *group = filep->private_data;
1385
1386         if (filep->f_op != &vfio_group_fops)
1387                 return ERR_PTR(-EINVAL);
1388
1389         if (!atomic_inc_not_zero(&group->container_users))
1390                 return ERR_PTR(-EINVAL);
1391
1392         if (!group->container->iommu_driver ||
1393                         !vfio_group_viable(group)) {
1394                 atomic_dec(&group->container_users);
1395                 return ERR_PTR(-EINVAL);
1396         }
1397
1398         vfio_group_get(group);
1399
1400         return group;
1401 }
1402 EXPORT_SYMBOL_GPL(vfio_group_get_external_user);
1403
1404 void vfio_group_put_external_user(struct vfio_group *group)
1405 {
1406         vfio_group_put(group);
1407         vfio_group_try_dissolve_container(group);
1408 }
1409 EXPORT_SYMBOL_GPL(vfio_group_put_external_user);
1410
1411 int vfio_external_user_iommu_id(struct vfio_group *group)
1412 {
1413         return iommu_group_id(group->iommu_group);
1414 }
1415 EXPORT_SYMBOL_GPL(vfio_external_user_iommu_id);
1416
1417 /**
1418  * Module/class support
1419  */
1420 static char *vfio_devnode(struct device *dev, umode_t *mode)
1421 {
1422         if (mode && (MINOR(dev->devt) == 0))
1423                 *mode = S_IRUGO | S_IWUGO;
1424
1425         return kasprintf(GFP_KERNEL, "vfio/%s", dev_name(dev));
1426 }
1427
1428 static int __init vfio_init(void)
1429 {
1430         int ret;
1431
1432         idr_init(&vfio.group_idr);
1433         mutex_init(&vfio.group_lock);
1434         mutex_init(&vfio.iommu_drivers_lock);
1435         INIT_LIST_HEAD(&vfio.group_list);
1436         INIT_LIST_HEAD(&vfio.iommu_drivers_list);
1437         init_waitqueue_head(&vfio.release_q);
1438
1439         vfio.class = class_create(THIS_MODULE, "vfio");
1440         if (IS_ERR(vfio.class)) {
1441                 ret = PTR_ERR(vfio.class);
1442                 goto err_class;
1443         }
1444
1445         vfio.class->devnode = vfio_devnode;
1446
1447         ret = alloc_chrdev_region(&vfio.devt, 0, MINORMASK, "vfio");
1448         if (ret)
1449                 goto err_base_chrdev;
1450
1451         cdev_init(&vfio.cdev, &vfio_fops);
1452         ret = cdev_add(&vfio.cdev, vfio.devt, 1);
1453         if (ret)
1454                 goto err_base_cdev;
1455
1456         vfio.dev = device_create(vfio.class, NULL, vfio.devt, NULL, "vfio");
1457         if (IS_ERR(vfio.dev)) {
1458                 ret = PTR_ERR(vfio.dev);
1459                 goto err_base_dev;
1460         }
1461
1462         /* /dev/vfio/$GROUP */
1463         cdev_init(&vfio.group_cdev, &vfio_group_fops);
1464         ret = cdev_add(&vfio.group_cdev,
1465                        MKDEV(MAJOR(vfio.devt), 1), MINORMASK - 1);
1466         if (ret)
1467                 goto err_groups_cdev;
1468
1469         pr_info(DRIVER_DESC " version: " DRIVER_VERSION "\n");
1470
1471         /*
1472          * Attempt to load known iommu-drivers.  This gives us a working
1473          * environment without the user needing to explicitly load iommu
1474          * drivers.
1475          */
1476         request_module_nowait("vfio_iommu_type1");
1477         request_module_nowait("vfio_iommu_spapr_tce");
1478
1479         return 0;
1480
1481 err_groups_cdev:
1482         device_destroy(vfio.class, vfio.devt);
1483 err_base_dev:
1484         cdev_del(&vfio.cdev);
1485 err_base_cdev:
1486         unregister_chrdev_region(vfio.devt, MINORMASK);
1487 err_base_chrdev:
1488         class_destroy(vfio.class);
1489         vfio.class = NULL;
1490 err_class:
1491         return ret;
1492 }
1493
1494 static void __exit vfio_cleanup(void)
1495 {
1496         WARN_ON(!list_empty(&vfio.group_list));
1497
1498         idr_destroy(&vfio.group_idr);
1499         cdev_del(&vfio.group_cdev);
1500         device_destroy(vfio.class, vfio.devt);
1501         cdev_del(&vfio.cdev);
1502         unregister_chrdev_region(vfio.devt, MINORMASK);
1503         class_destroy(vfio.class);
1504         vfio.class = NULL;
1505 }
1506
1507 module_init(vfio_init);
1508 module_exit(vfio_cleanup);
1509
1510 MODULE_VERSION(DRIVER_VERSION);
1511 MODULE_LICENSE("GPL v2");
1512 MODULE_AUTHOR(DRIVER_AUTHOR);
1513 MODULE_DESCRIPTION(DRIVER_DESC);