]> git.karo-electronics.de Git - linux-beck.git/blob - drivers/virtio/virtio_ring.c
5ed228ddadba0863b60214cfa8d1b57a0cfb47ab
[linux-beck.git] / drivers / virtio / virtio_ring.c
1 /* Virtio ring implementation.
2  *
3  *  Copyright 2007 Rusty Russell IBM Corporation
4  *
5  *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
6  *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
7  *  the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
8  *  (at your option) any later version.
9  *
10  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
11  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
13  *  GNU General Public License for more details.
14  *
15  *  You should have received a copy of the GNU General Public License
16  *  along with this program; if not, write to the Free Software
17  *  Foundation, Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA
18  */
19 #include <linux/virtio.h>
20 #include <linux/virtio_ring.h>
21 #include <linux/virtio_config.h>
22 #include <linux/device.h>
23 #include <linux/slab.h>
24 #include <linux/module.h>
25 #include <linux/hrtimer.h>
26 #include <linux/kmemleak.h>
27 #include <linux/dma-mapping.h>
28 #include <xen/xen.h>
29
30 #ifdef DEBUG
31 /* For development, we want to crash whenever the ring is screwed. */
32 #define BAD_RING(_vq, fmt, args...)                             \
33         do {                                                    \
34                 dev_err(&(_vq)->vq.vdev->dev,                   \
35                         "%s:"fmt, (_vq)->vq.name, ##args);      \
36                 BUG();                                          \
37         } while (0)
38 /* Caller is supposed to guarantee no reentry. */
39 #define START_USE(_vq)                                          \
40         do {                                                    \
41                 if ((_vq)->in_use)                              \
42                         panic("%s:in_use = %i\n",               \
43                               (_vq)->vq.name, (_vq)->in_use);   \
44                 (_vq)->in_use = __LINE__;                       \
45         } while (0)
46 #define END_USE(_vq) \
47         do { BUG_ON(!(_vq)->in_use); (_vq)->in_use = 0; } while(0)
48 #else
49 #define BAD_RING(_vq, fmt, args...)                             \
50         do {                                                    \
51                 dev_err(&_vq->vq.vdev->dev,                     \
52                         "%s:"fmt, (_vq)->vq.name, ##args);      \
53                 (_vq)->broken = true;                           \
54         } while (0)
55 #define START_USE(vq)
56 #define END_USE(vq)
57 #endif
58
59 struct vring_desc_state {
60         void *data;                     /* Data for callback. */
61         struct vring_desc *indir_desc;  /* Indirect descriptor, if any. */
62 };
63
64 struct vring_virtqueue {
65         struct virtqueue vq;
66
67         /* Actual memory layout for this queue */
68         struct vring vring;
69
70         /* Can we use weak barriers? */
71         bool weak_barriers;
72
73         /* Other side has made a mess, don't try any more. */
74         bool broken;
75
76         /* Host supports indirect buffers */
77         bool indirect;
78
79         /* Host publishes avail event idx */
80         bool event;
81
82         /* Head of free buffer list. */
83         unsigned int free_head;
84         /* Number we've added since last sync. */
85         unsigned int num_added;
86
87         /* Last used index we've seen. */
88         u16 last_used_idx;
89
90         /* Last written value to avail->flags */
91         u16 avail_flags_shadow;
92
93         /* Last written value to avail->idx in guest byte order */
94         u16 avail_idx_shadow;
95
96         /* How to notify other side. FIXME: commonalize hcalls! */
97         bool (*notify)(struct virtqueue *vq);
98
99         /* DMA, allocation, and size information */
100         bool we_own_ring;
101         size_t queue_size_in_bytes;
102         dma_addr_t queue_dma_addr;
103
104 #ifdef DEBUG
105         /* They're supposed to lock for us. */
106         unsigned int in_use;
107
108         /* Figure out if their kicks are too delayed. */
109         bool last_add_time_valid;
110         ktime_t last_add_time;
111 #endif
112
113         /* Per-descriptor state. */
114         struct vring_desc_state desc_state[];
115 };
116
117 #define to_vvq(_vq) container_of(_vq, struct vring_virtqueue, vq)
118
119 /*
120  * Modern virtio devices have feature bits to specify whether they need a
121  * quirk and bypass the IOMMU. If not there, just use the DMA API.
122  *
123  * If there, the interaction between virtio and DMA API is messy.
124  *
125  * On most systems with virtio, physical addresses match bus addresses,
126  * and it doesn't particularly matter whether we use the DMA API.
127  *
128  * On some systems, including Xen and any system with a physical device
129  * that speaks virtio behind a physical IOMMU, we must use the DMA API
130  * for virtio DMA to work at all.
131  *
132  * On other systems, including SPARC and PPC64, virtio-pci devices are
133  * enumerated as though they are behind an IOMMU, but the virtio host
134  * ignores the IOMMU, so we must either pretend that the IOMMU isn't
135  * there or somehow map everything as the identity.
136  *
137  * For the time being, we preserve historic behavior and bypass the DMA
138  * API.
139  *
140  * TODO: install a per-device DMA ops structure that does the right thing
141  * taking into account all the above quirks, and use the DMA API
142  * unconditionally on data path.
143  */
144
145 static bool vring_use_dma_api(struct virtio_device *vdev)
146 {
147         if (!virtio_has_iommu_quirk(vdev))
148                 return true;
149
150         /* Otherwise, we are left to guess. */
151         /*
152          * In theory, it's possible to have a buggy QEMU-supposed
153          * emulated Q35 IOMMU and Xen enabled at the same time.  On
154          * such a configuration, virtio has never worked and will
155          * not work without an even larger kludge.  Instead, enable
156          * the DMA API if we're a Xen guest, which at least allows
157          * all of the sensible Xen configurations to work correctly.
158          */
159         if (xen_domain())
160                 return true;
161
162         return false;
163 }
164
165 /*
166  * The DMA ops on various arches are rather gnarly right now, and
167  * making all of the arch DMA ops work on the vring device itself
168  * is a mess.  For now, we use the parent device for DMA ops.
169  */
170 struct device *vring_dma_dev(const struct vring_virtqueue *vq)
171 {
172         return vq->vq.vdev->dev.parent;
173 }
174
175 /* Map one sg entry. */
176 static dma_addr_t vring_map_one_sg(const struct vring_virtqueue *vq,
177                                    struct scatterlist *sg,
178                                    enum dma_data_direction direction)
179 {
180         if (!vring_use_dma_api(vq->vq.vdev))
181                 return (dma_addr_t)sg_phys(sg);
182
183         /*
184          * We can't use dma_map_sg, because we don't use scatterlists in
185          * the way it expects (we don't guarantee that the scatterlist
186          * will exist for the lifetime of the mapping).
187          */
188         return dma_map_page(vring_dma_dev(vq),
189                             sg_page(sg), sg->offset, sg->length,
190                             direction);
191 }
192
193 static dma_addr_t vring_map_single(const struct vring_virtqueue *vq,
194                                    void *cpu_addr, size_t size,
195                                    enum dma_data_direction direction)
196 {
197         if (!vring_use_dma_api(vq->vq.vdev))
198                 return (dma_addr_t)virt_to_phys(cpu_addr);
199
200         return dma_map_single(vring_dma_dev(vq),
201                               cpu_addr, size, direction);
202 }
203
204 static void vring_unmap_one(const struct vring_virtqueue *vq,
205                             struct vring_desc *desc)
206 {
207         u16 flags;
208
209         if (!vring_use_dma_api(vq->vq.vdev))
210                 return;
211
212         flags = virtio16_to_cpu(vq->vq.vdev, desc->flags);
213
214         if (flags & VRING_DESC_F_INDIRECT) {
215                 dma_unmap_single(vring_dma_dev(vq),
216                                  virtio64_to_cpu(vq->vq.vdev, desc->addr),
217                                  virtio32_to_cpu(vq->vq.vdev, desc->len),
218                                  (flags & VRING_DESC_F_WRITE) ?
219                                  DMA_FROM_DEVICE : DMA_TO_DEVICE);
220         } else {
221                 dma_unmap_page(vring_dma_dev(vq),
222                                virtio64_to_cpu(vq->vq.vdev, desc->addr),
223                                virtio32_to_cpu(vq->vq.vdev, desc->len),
224                                (flags & VRING_DESC_F_WRITE) ?
225                                DMA_FROM_DEVICE : DMA_TO_DEVICE);
226         }
227 }
228
229 static int vring_mapping_error(const struct vring_virtqueue *vq,
230                                dma_addr_t addr)
231 {
232         if (!vring_use_dma_api(vq->vq.vdev))
233                 return 0;
234
235         return dma_mapping_error(vring_dma_dev(vq), addr);
236 }
237
238 static struct vring_desc *alloc_indirect(struct virtqueue *_vq,
239                                          unsigned int total_sg, gfp_t gfp)
240 {
241         struct vring_desc *desc;
242         unsigned int i;
243
244         /*
245          * We require lowmem mappings for the descriptors because
246          * otherwise virt_to_phys will give us bogus addresses in the
247          * virtqueue.
248          */
249         gfp &= ~__GFP_HIGHMEM;
250
251         desc = kmalloc(total_sg * sizeof(struct vring_desc), gfp);
252         if (!desc)
253                 return NULL;
254
255         for (i = 0; i < total_sg; i++)
256                 desc[i].next = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, i + 1);
257         return desc;
258 }
259
260 static inline int virtqueue_add(struct virtqueue *_vq,
261                                 struct scatterlist *sgs[],
262                                 unsigned int total_sg,
263                                 unsigned int out_sgs,
264                                 unsigned int in_sgs,
265                                 void *data,
266                                 gfp_t gfp)
267 {
268         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
269         struct scatterlist *sg;
270         struct vring_desc *desc;
271         unsigned int i, n, avail, descs_used, uninitialized_var(prev), err_idx;
272         int head;
273         bool indirect;
274
275         START_USE(vq);
276
277         BUG_ON(data == NULL);
278
279         if (unlikely(vq->broken)) {
280                 END_USE(vq);
281                 return -EIO;
282         }
283
284 #ifdef DEBUG
285         {
286                 ktime_t now = ktime_get();
287
288                 /* No kick or get, with .1 second between?  Warn. */
289                 if (vq->last_add_time_valid)
290                         WARN_ON(ktime_to_ms(ktime_sub(now, vq->last_add_time))
291                                             > 100);
292                 vq->last_add_time = now;
293                 vq->last_add_time_valid = true;
294         }
295 #endif
296
297         BUG_ON(total_sg > vq->vring.num);
298         BUG_ON(total_sg == 0);
299
300         head = vq->free_head;
301
302         /* If the host supports indirect descriptor tables, and we have multiple
303          * buffers, then go indirect. FIXME: tune this threshold */
304         if (vq->indirect && total_sg > 1 && vq->vq.num_free)
305                 desc = alloc_indirect(_vq, total_sg, gfp);
306         else
307                 desc = NULL;
308
309         if (desc) {
310                 /* Use a single buffer which doesn't continue */
311                 indirect = true;
312                 /* Set up rest to use this indirect table. */
313                 i = 0;
314                 descs_used = 1;
315         } else {
316                 indirect = false;
317                 desc = vq->vring.desc;
318                 i = head;
319                 descs_used = total_sg;
320         }
321
322         if (vq->vq.num_free < descs_used) {
323                 pr_debug("Can't add buf len %i - avail = %i\n",
324                          descs_used, vq->vq.num_free);
325                 /* FIXME: for historical reasons, we force a notify here if
326                  * there are outgoing parts to the buffer.  Presumably the
327                  * host should service the ring ASAP. */
328                 if (out_sgs)
329                         vq->notify(&vq->vq);
330                 if (indirect)
331                         kfree(desc);
332                 END_USE(vq);
333                 return -ENOSPC;
334         }
335
336         for (n = 0; n < out_sgs; n++) {
337                 for (sg = sgs[n]; sg; sg = sg_next(sg)) {
338                         dma_addr_t addr = vring_map_one_sg(vq, sg, DMA_TO_DEVICE);
339                         if (vring_mapping_error(vq, addr))
340                                 goto unmap_release;
341
342                         desc[i].flags = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, VRING_DESC_F_NEXT);
343                         desc[i].addr = cpu_to_virtio64(_vq->vdev, addr);
344                         desc[i].len = cpu_to_virtio32(_vq->vdev, sg->length);
345                         prev = i;
346                         i = virtio16_to_cpu(_vq->vdev, desc[i].next);
347                 }
348         }
349         for (; n < (out_sgs + in_sgs); n++) {
350                 for (sg = sgs[n]; sg; sg = sg_next(sg)) {
351                         dma_addr_t addr = vring_map_one_sg(vq, sg, DMA_FROM_DEVICE);
352                         if (vring_mapping_error(vq, addr))
353                                 goto unmap_release;
354
355                         desc[i].flags = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, VRING_DESC_F_NEXT | VRING_DESC_F_WRITE);
356                         desc[i].addr = cpu_to_virtio64(_vq->vdev, addr);
357                         desc[i].len = cpu_to_virtio32(_vq->vdev, sg->length);
358                         prev = i;
359                         i = virtio16_to_cpu(_vq->vdev, desc[i].next);
360                 }
361         }
362         /* Last one doesn't continue. */
363         desc[prev].flags &= cpu_to_virtio16(_vq->vdev, ~VRING_DESC_F_NEXT);
364
365         if (indirect) {
366                 /* Now that the indirect table is filled in, map it. */
367                 dma_addr_t addr = vring_map_single(
368                         vq, desc, total_sg * sizeof(struct vring_desc),
369                         DMA_TO_DEVICE);
370                 if (vring_mapping_error(vq, addr))
371                         goto unmap_release;
372
373                 vq->vring.desc[head].flags = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, VRING_DESC_F_INDIRECT);
374                 vq->vring.desc[head].addr = cpu_to_virtio64(_vq->vdev, addr);
375
376                 vq->vring.desc[head].len = cpu_to_virtio32(_vq->vdev, total_sg * sizeof(struct vring_desc));
377         }
378
379         /* We're using some buffers from the free list. */
380         vq->vq.num_free -= descs_used;
381
382         /* Update free pointer */
383         if (indirect)
384                 vq->free_head = virtio16_to_cpu(_vq->vdev, vq->vring.desc[head].next);
385         else
386                 vq->free_head = i;
387
388         /* Store token and indirect buffer state. */
389         vq->desc_state[head].data = data;
390         if (indirect)
391                 vq->desc_state[head].indir_desc = desc;
392
393         /* Put entry in available array (but don't update avail->idx until they
394          * do sync). */
395         avail = vq->avail_idx_shadow & (vq->vring.num - 1);
396         vq->vring.avail->ring[avail] = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, head);
397
398         /* Descriptors and available array need to be set before we expose the
399          * new available array entries. */
400         virtio_wmb(vq->weak_barriers);
401         vq->avail_idx_shadow++;
402         vq->vring.avail->idx = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, vq->avail_idx_shadow);
403         vq->num_added++;
404
405         pr_debug("Added buffer head %i to %p\n", head, vq);
406         END_USE(vq);
407
408         /* This is very unlikely, but theoretically possible.  Kick
409          * just in case. */
410         if (unlikely(vq->num_added == (1 << 16) - 1))
411                 virtqueue_kick(_vq);
412
413         return 0;
414
415 unmap_release:
416         err_idx = i;
417         i = head;
418
419         for (n = 0; n < total_sg; n++) {
420                 if (i == err_idx)
421                         break;
422                 vring_unmap_one(vq, &desc[i]);
423                 i = vq->vring.desc[i].next;
424         }
425
426         vq->vq.num_free += total_sg;
427
428         if (indirect)
429                 kfree(desc);
430
431         return -EIO;
432 }
433
434 /**
435  * virtqueue_add_sgs - expose buffers to other end
436  * @vq: the struct virtqueue we're talking about.
437  * @sgs: array of terminated scatterlists.
438  * @out_num: the number of scatterlists readable by other side
439  * @in_num: the number of scatterlists which are writable (after readable ones)
440  * @data: the token identifying the buffer.
441  * @gfp: how to do memory allocations (if necessary).
442  *
443  * Caller must ensure we don't call this with other virtqueue operations
444  * at the same time (except where noted).
445  *
446  * Returns zero or a negative error (ie. ENOSPC, ENOMEM, EIO).
447  */
448 int virtqueue_add_sgs(struct virtqueue *_vq,
449                       struct scatterlist *sgs[],
450                       unsigned int out_sgs,
451                       unsigned int in_sgs,
452                       void *data,
453                       gfp_t gfp)
454 {
455         unsigned int i, total_sg = 0;
456
457         /* Count them first. */
458         for (i = 0; i < out_sgs + in_sgs; i++) {
459                 struct scatterlist *sg;
460                 for (sg = sgs[i]; sg; sg = sg_next(sg))
461                         total_sg++;
462         }
463         return virtqueue_add(_vq, sgs, total_sg, out_sgs, in_sgs, data, gfp);
464 }
465 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_add_sgs);
466
467 /**
468  * virtqueue_add_outbuf - expose output buffers to other end
469  * @vq: the struct virtqueue we're talking about.
470  * @sg: scatterlist (must be well-formed and terminated!)
471  * @num: the number of entries in @sg readable by other side
472  * @data: the token identifying the buffer.
473  * @gfp: how to do memory allocations (if necessary).
474  *
475  * Caller must ensure we don't call this with other virtqueue operations
476  * at the same time (except where noted).
477  *
478  * Returns zero or a negative error (ie. ENOSPC, ENOMEM, EIO).
479  */
480 int virtqueue_add_outbuf(struct virtqueue *vq,
481                          struct scatterlist *sg, unsigned int num,
482                          void *data,
483                          gfp_t gfp)
484 {
485         return virtqueue_add(vq, &sg, num, 1, 0, data, gfp);
486 }
487 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_add_outbuf);
488
489 /**
490  * virtqueue_add_inbuf - expose input buffers to other end
491  * @vq: the struct virtqueue we're talking about.
492  * @sg: scatterlist (must be well-formed and terminated!)
493  * @num: the number of entries in @sg writable by other side
494  * @data: the token identifying the buffer.
495  * @gfp: how to do memory allocations (if necessary).
496  *
497  * Caller must ensure we don't call this with other virtqueue operations
498  * at the same time (except where noted).
499  *
500  * Returns zero or a negative error (ie. ENOSPC, ENOMEM, EIO).
501  */
502 int virtqueue_add_inbuf(struct virtqueue *vq,
503                         struct scatterlist *sg, unsigned int num,
504                         void *data,
505                         gfp_t gfp)
506 {
507         return virtqueue_add(vq, &sg, num, 0, 1, data, gfp);
508 }
509 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_add_inbuf);
510
511 /**
512  * virtqueue_kick_prepare - first half of split virtqueue_kick call.
513  * @vq: the struct virtqueue
514  *
515  * Instead of virtqueue_kick(), you can do:
516  *      if (virtqueue_kick_prepare(vq))
517  *              virtqueue_notify(vq);
518  *
519  * This is sometimes useful because the virtqueue_kick_prepare() needs
520  * to be serialized, but the actual virtqueue_notify() call does not.
521  */
522 bool virtqueue_kick_prepare(struct virtqueue *_vq)
523 {
524         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
525         u16 new, old;
526         bool needs_kick;
527
528         START_USE(vq);
529         /* We need to expose available array entries before checking avail
530          * event. */
531         virtio_mb(vq->weak_barriers);
532
533         old = vq->avail_idx_shadow - vq->num_added;
534         new = vq->avail_idx_shadow;
535         vq->num_added = 0;
536
537 #ifdef DEBUG
538         if (vq->last_add_time_valid) {
539                 WARN_ON(ktime_to_ms(ktime_sub(ktime_get(),
540                                               vq->last_add_time)) > 100);
541         }
542         vq->last_add_time_valid = false;
543 #endif
544
545         if (vq->event) {
546                 needs_kick = vring_need_event(virtio16_to_cpu(_vq->vdev, vring_avail_event(&vq->vring)),
547                                               new, old);
548         } else {
549                 needs_kick = !(vq->vring.used->flags & cpu_to_virtio16(_vq->vdev, VRING_USED_F_NO_NOTIFY));
550         }
551         END_USE(vq);
552         return needs_kick;
553 }
554 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_kick_prepare);
555
556 /**
557  * virtqueue_notify - second half of split virtqueue_kick call.
558  * @vq: the struct virtqueue
559  *
560  * This does not need to be serialized.
561  *
562  * Returns false if host notify failed or queue is broken, otherwise true.
563  */
564 bool virtqueue_notify(struct virtqueue *_vq)
565 {
566         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
567
568         if (unlikely(vq->broken))
569                 return false;
570
571         /* Prod other side to tell it about changes. */
572         if (!vq->notify(_vq)) {
573                 vq->broken = true;
574                 return false;
575         }
576         return true;
577 }
578 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_notify);
579
580 /**
581  * virtqueue_kick - update after add_buf
582  * @vq: the struct virtqueue
583  *
584  * After one or more virtqueue_add_* calls, invoke this to kick
585  * the other side.
586  *
587  * Caller must ensure we don't call this with other virtqueue
588  * operations at the same time (except where noted).
589  *
590  * Returns false if kick failed, otherwise true.
591  */
592 bool virtqueue_kick(struct virtqueue *vq)
593 {
594         if (virtqueue_kick_prepare(vq))
595                 return virtqueue_notify(vq);
596         return true;
597 }
598 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_kick);
599
600 static void detach_buf(struct vring_virtqueue *vq, unsigned int head)
601 {
602         unsigned int i, j;
603         u16 nextflag = cpu_to_virtio16(vq->vq.vdev, VRING_DESC_F_NEXT);
604
605         /* Clear data ptr. */
606         vq->desc_state[head].data = NULL;
607
608         /* Put back on free list: unmap first-level descriptors and find end */
609         i = head;
610
611         while (vq->vring.desc[i].flags & nextflag) {
612                 vring_unmap_one(vq, &vq->vring.desc[i]);
613                 i = virtio16_to_cpu(vq->vq.vdev, vq->vring.desc[i].next);
614                 vq->vq.num_free++;
615         }
616
617         vring_unmap_one(vq, &vq->vring.desc[i]);
618         vq->vring.desc[i].next = cpu_to_virtio16(vq->vq.vdev, vq->free_head);
619         vq->free_head = head;
620
621         /* Plus final descriptor */
622         vq->vq.num_free++;
623
624         /* Free the indirect table, if any, now that it's unmapped. */
625         if (vq->desc_state[head].indir_desc) {
626                 struct vring_desc *indir_desc = vq->desc_state[head].indir_desc;
627                 u32 len = virtio32_to_cpu(vq->vq.vdev, vq->vring.desc[head].len);
628
629                 BUG_ON(!(vq->vring.desc[head].flags &
630                          cpu_to_virtio16(vq->vq.vdev, VRING_DESC_F_INDIRECT)));
631                 BUG_ON(len == 0 || len % sizeof(struct vring_desc));
632
633                 for (j = 0; j < len / sizeof(struct vring_desc); j++)
634                         vring_unmap_one(vq, &indir_desc[j]);
635
636                 kfree(vq->desc_state[head].indir_desc);
637                 vq->desc_state[head].indir_desc = NULL;
638         }
639 }
640
641 static inline bool more_used(const struct vring_virtqueue *vq)
642 {
643         return vq->last_used_idx != virtio16_to_cpu(vq->vq.vdev, vq->vring.used->idx);
644 }
645
646 /**
647  * virtqueue_get_buf - get the next used buffer
648  * @vq: the struct virtqueue we're talking about.
649  * @len: the length written into the buffer
650  *
651  * If the driver wrote data into the buffer, @len will be set to the
652  * amount written.  This means you don't need to clear the buffer
653  * beforehand to ensure there's no data leakage in the case of short
654  * writes.
655  *
656  * Caller must ensure we don't call this with other virtqueue
657  * operations at the same time (except where noted).
658  *
659  * Returns NULL if there are no used buffers, or the "data" token
660  * handed to virtqueue_add_*().
661  */
662 void *virtqueue_get_buf(struct virtqueue *_vq, unsigned int *len)
663 {
664         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
665         void *ret;
666         unsigned int i;
667         u16 last_used;
668
669         START_USE(vq);
670
671         if (unlikely(vq->broken)) {
672                 END_USE(vq);
673                 return NULL;
674         }
675
676         if (!more_used(vq)) {
677                 pr_debug("No more buffers in queue\n");
678                 END_USE(vq);
679                 return NULL;
680         }
681
682         /* Only get used array entries after they have been exposed by host. */
683         virtio_rmb(vq->weak_barriers);
684
685         last_used = (vq->last_used_idx & (vq->vring.num - 1));
686         i = virtio32_to_cpu(_vq->vdev, vq->vring.used->ring[last_used].id);
687         *len = virtio32_to_cpu(_vq->vdev, vq->vring.used->ring[last_used].len);
688
689         if (unlikely(i >= vq->vring.num)) {
690                 BAD_RING(vq, "id %u out of range\n", i);
691                 return NULL;
692         }
693         if (unlikely(!vq->desc_state[i].data)) {
694                 BAD_RING(vq, "id %u is not a head!\n", i);
695                 return NULL;
696         }
697
698         /* detach_buf clears data, so grab it now. */
699         ret = vq->desc_state[i].data;
700         detach_buf(vq, i);
701         vq->last_used_idx++;
702         /* If we expect an interrupt for the next entry, tell host
703          * by writing event index and flush out the write before
704          * the read in the next get_buf call. */
705         if (!(vq->avail_flags_shadow & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT))
706                 virtio_store_mb(vq->weak_barriers,
707                                 &vring_used_event(&vq->vring),
708                                 cpu_to_virtio16(_vq->vdev, vq->last_used_idx));
709
710 #ifdef DEBUG
711         vq->last_add_time_valid = false;
712 #endif
713
714         END_USE(vq);
715         return ret;
716 }
717 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_get_buf);
718
719 /**
720  * virtqueue_disable_cb - disable callbacks
721  * @vq: the struct virtqueue we're talking about.
722  *
723  * Note that this is not necessarily synchronous, hence unreliable and only
724  * useful as an optimization.
725  *
726  * Unlike other operations, this need not be serialized.
727  */
728 void virtqueue_disable_cb(struct virtqueue *_vq)
729 {
730         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
731
732         if (!(vq->avail_flags_shadow & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT)) {
733                 vq->avail_flags_shadow |= VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT;
734                 vq->vring.avail->flags = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, vq->avail_flags_shadow);
735         }
736
737 }
738 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_disable_cb);
739
740 /**
741  * virtqueue_enable_cb_prepare - restart callbacks after disable_cb
742  * @vq: the struct virtqueue we're talking about.
743  *
744  * This re-enables callbacks; it returns current queue state
745  * in an opaque unsigned value. This value should be later tested by
746  * virtqueue_poll, to detect a possible race between the driver checking for
747  * more work, and enabling callbacks.
748  *
749  * Caller must ensure we don't call this with other virtqueue
750  * operations at the same time (except where noted).
751  */
752 unsigned virtqueue_enable_cb_prepare(struct virtqueue *_vq)
753 {
754         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
755         u16 last_used_idx;
756
757         START_USE(vq);
758
759         /* We optimistically turn back on interrupts, then check if there was
760          * more to do. */
761         /* Depending on the VIRTIO_RING_F_EVENT_IDX feature, we need to
762          * either clear the flags bit or point the event index at the next
763          * entry. Always do both to keep code simple. */
764         if (vq->avail_flags_shadow & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT) {
765                 vq->avail_flags_shadow &= ~VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT;
766                 vq->vring.avail->flags = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, vq->avail_flags_shadow);
767         }
768         vring_used_event(&vq->vring) = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, last_used_idx = vq->last_used_idx);
769         END_USE(vq);
770         return last_used_idx;
771 }
772 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_enable_cb_prepare);
773
774 /**
775  * virtqueue_poll - query pending used buffers
776  * @vq: the struct virtqueue we're talking about.
777  * @last_used_idx: virtqueue state (from call to virtqueue_enable_cb_prepare).
778  *
779  * Returns "true" if there are pending used buffers in the queue.
780  *
781  * This does not need to be serialized.
782  */
783 bool virtqueue_poll(struct virtqueue *_vq, unsigned last_used_idx)
784 {
785         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
786
787         virtio_mb(vq->weak_barriers);
788         return (u16)last_used_idx != virtio16_to_cpu(_vq->vdev, vq->vring.used->idx);
789 }
790 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_poll);
791
792 /**
793  * virtqueue_enable_cb - restart callbacks after disable_cb.
794  * @vq: the struct virtqueue we're talking about.
795  *
796  * This re-enables callbacks; it returns "false" if there are pending
797  * buffers in the queue, to detect a possible race between the driver
798  * checking for more work, and enabling callbacks.
799  *
800  * Caller must ensure we don't call this with other virtqueue
801  * operations at the same time (except where noted).
802  */
803 bool virtqueue_enable_cb(struct virtqueue *_vq)
804 {
805         unsigned last_used_idx = virtqueue_enable_cb_prepare(_vq);
806         return !virtqueue_poll(_vq, last_used_idx);
807 }
808 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_enable_cb);
809
810 /**
811  * virtqueue_enable_cb_delayed - restart callbacks after disable_cb.
812  * @vq: the struct virtqueue we're talking about.
813  *
814  * This re-enables callbacks but hints to the other side to delay
815  * interrupts until most of the available buffers have been processed;
816  * it returns "false" if there are many pending buffers in the queue,
817  * to detect a possible race between the driver checking for more work,
818  * and enabling callbacks.
819  *
820  * Caller must ensure we don't call this with other virtqueue
821  * operations at the same time (except where noted).
822  */
823 bool virtqueue_enable_cb_delayed(struct virtqueue *_vq)
824 {
825         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
826         u16 bufs;
827
828         START_USE(vq);
829
830         /* We optimistically turn back on interrupts, then check if there was
831          * more to do. */
832         /* Depending on the VIRTIO_RING_F_USED_EVENT_IDX feature, we need to
833          * either clear the flags bit or point the event index at the next
834          * entry. Always do both to keep code simple. */
835         if (vq->avail_flags_shadow & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT) {
836                 vq->avail_flags_shadow &= ~VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT;
837                 vq->vring.avail->flags = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, vq->avail_flags_shadow);
838         }
839         /* TODO: tune this threshold */
840         bufs = (u16)(vq->avail_idx_shadow - vq->last_used_idx) * 3 / 4;
841
842         virtio_store_mb(vq->weak_barriers,
843                         &vring_used_event(&vq->vring),
844                         cpu_to_virtio16(_vq->vdev, vq->last_used_idx + bufs));
845
846         if (unlikely((u16)(virtio16_to_cpu(_vq->vdev, vq->vring.used->idx) - vq->last_used_idx) > bufs)) {
847                 END_USE(vq);
848                 return false;
849         }
850
851         END_USE(vq);
852         return true;
853 }
854 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_enable_cb_delayed);
855
856 /**
857  * virtqueue_detach_unused_buf - detach first unused buffer
858  * @vq: the struct virtqueue we're talking about.
859  *
860  * Returns NULL or the "data" token handed to virtqueue_add_*().
861  * This is not valid on an active queue; it is useful only for device
862  * shutdown.
863  */
864 void *virtqueue_detach_unused_buf(struct virtqueue *_vq)
865 {
866         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
867         unsigned int i;
868         void *buf;
869
870         START_USE(vq);
871
872         for (i = 0; i < vq->vring.num; i++) {
873                 if (!vq->desc_state[i].data)
874                         continue;
875                 /* detach_buf clears data, so grab it now. */
876                 buf = vq->desc_state[i].data;
877                 detach_buf(vq, i);
878                 vq->avail_idx_shadow--;
879                 vq->vring.avail->idx = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, vq->avail_idx_shadow);
880                 END_USE(vq);
881                 return buf;
882         }
883         /* That should have freed everything. */
884         BUG_ON(vq->vq.num_free != vq->vring.num);
885
886         END_USE(vq);
887         return NULL;
888 }
889 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_detach_unused_buf);
890
891 irqreturn_t vring_interrupt(int irq, void *_vq)
892 {
893         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
894
895         if (!more_used(vq)) {
896                 pr_debug("virtqueue interrupt with no work for %p\n", vq);
897                 return IRQ_NONE;
898         }
899
900         if (unlikely(vq->broken))
901                 return IRQ_HANDLED;
902
903         pr_debug("virtqueue callback for %p (%p)\n", vq, vq->vq.callback);
904         if (vq->vq.callback)
905                 vq->vq.callback(&vq->vq);
906
907         return IRQ_HANDLED;
908 }
909 EXPORT_SYMBOL_GPL(vring_interrupt);
910
911 struct virtqueue *__vring_new_virtqueue(unsigned int index,
912                                         struct vring vring,
913                                         struct virtio_device *vdev,
914                                         bool weak_barriers,
915                                         bool (*notify)(struct virtqueue *),
916                                         void (*callback)(struct virtqueue *),
917                                         const char *name)
918 {
919         unsigned int i;
920         struct vring_virtqueue *vq;
921
922         vq = kmalloc(sizeof(*vq) + vring.num * sizeof(struct vring_desc_state),
923                      GFP_KERNEL);
924         if (!vq)
925                 return NULL;
926
927         vq->vring = vring;
928         vq->vq.callback = callback;
929         vq->vq.vdev = vdev;
930         vq->vq.name = name;
931         vq->vq.num_free = vring.num;
932         vq->vq.index = index;
933         vq->we_own_ring = false;
934         vq->queue_dma_addr = 0;
935         vq->queue_size_in_bytes = 0;
936         vq->notify = notify;
937         vq->weak_barriers = weak_barriers;
938         vq->broken = false;
939         vq->last_used_idx = 0;
940         vq->avail_flags_shadow = 0;
941         vq->avail_idx_shadow = 0;
942         vq->num_added = 0;
943         list_add_tail(&vq->vq.list, &vdev->vqs);
944 #ifdef DEBUG
945         vq->in_use = false;
946         vq->last_add_time_valid = false;
947 #endif
948
949         vq->indirect = virtio_has_feature(vdev, VIRTIO_RING_F_INDIRECT_DESC);
950         vq->event = virtio_has_feature(vdev, VIRTIO_RING_F_EVENT_IDX);
951
952         /* No callback?  Tell other side not to bother us. */
953         if (!callback) {
954                 vq->avail_flags_shadow |= VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT;
955                 vq->vring.avail->flags = cpu_to_virtio16(vdev, vq->avail_flags_shadow);
956         }
957
958         /* Put everything in free lists. */
959         vq->free_head = 0;
960         for (i = 0; i < vring.num-1; i++)
961                 vq->vring.desc[i].next = cpu_to_virtio16(vdev, i + 1);
962         memset(vq->desc_state, 0, vring.num * sizeof(struct vring_desc_state));
963
964         return &vq->vq;
965 }
966 EXPORT_SYMBOL_GPL(__vring_new_virtqueue);
967
968 static void *vring_alloc_queue(struct virtio_device *vdev, size_t size,
969                               dma_addr_t *dma_handle, gfp_t flag)
970 {
971         if (vring_use_dma_api(vdev)) {
972                 return dma_alloc_coherent(vdev->dev.parent, size,
973                                           dma_handle, flag);
974         } else {
975                 void *queue = alloc_pages_exact(PAGE_ALIGN(size), flag);
976                 if (queue) {
977                         phys_addr_t phys_addr = virt_to_phys(queue);
978                         *dma_handle = (dma_addr_t)phys_addr;
979
980                         /*
981                          * Sanity check: make sure we dind't truncate
982                          * the address.  The only arches I can find that
983                          * have 64-bit phys_addr_t but 32-bit dma_addr_t
984                          * are certain non-highmem MIPS and x86
985                          * configurations, but these configurations
986                          * should never allocate physical pages above 32
987                          * bits, so this is fine.  Just in case, throw a
988                          * warning and abort if we end up with an
989                          * unrepresentable address.
990                          */
991                         if (WARN_ON_ONCE(*dma_handle != phys_addr)) {
992                                 free_pages_exact(queue, PAGE_ALIGN(size));
993                                 return NULL;
994                         }
995                 }
996                 return queue;
997         }
998 }
999
1000 static void vring_free_queue(struct virtio_device *vdev, size_t size,
1001                              void *queue, dma_addr_t dma_handle)
1002 {
1003         if (vring_use_dma_api(vdev)) {
1004                 dma_free_coherent(vdev->dev.parent, size, queue, dma_handle);
1005         } else {
1006                 free_pages_exact(queue, PAGE_ALIGN(size));
1007         }
1008 }
1009
1010 struct virtqueue *vring_create_virtqueue(
1011         unsigned int index,
1012         unsigned int num,
1013         unsigned int vring_align,
1014         struct virtio_device *vdev,
1015         bool weak_barriers,
1016         bool may_reduce_num,
1017         bool (*notify)(struct virtqueue *),
1018         void (*callback)(struct virtqueue *),
1019         const char *name)
1020 {
1021         struct virtqueue *vq;
1022         void *queue = NULL;
1023         dma_addr_t dma_addr;
1024         size_t queue_size_in_bytes;
1025         struct vring vring;
1026
1027         /* We assume num is a power of 2. */
1028         if (num & (num - 1)) {
1029                 dev_warn(&vdev->dev, "Bad virtqueue length %u\n", num);
1030                 return NULL;
1031         }
1032
1033         /* TODO: allocate each queue chunk individually */
1034         for (; num && vring_size(num, vring_align) > PAGE_SIZE; num /= 2) {
1035                 queue = vring_alloc_queue(vdev, vring_size(num, vring_align),
1036                                           &dma_addr,
1037                                           GFP_KERNEL|__GFP_NOWARN|__GFP_ZERO);
1038                 if (queue)
1039                         break;
1040         }
1041
1042         if (!num)
1043                 return NULL;
1044
1045         if (!queue) {
1046                 /* Try to get a single page. You are my only hope! */
1047                 queue = vring_alloc_queue(vdev, vring_size(num, vring_align),
1048                                           &dma_addr, GFP_KERNEL|__GFP_ZERO);
1049         }
1050         if (!queue)
1051                 return NULL;
1052
1053         queue_size_in_bytes = vring_size(num, vring_align);
1054         vring_init(&vring, num, queue, vring_align);
1055
1056         vq = __vring_new_virtqueue(index, vring, vdev, weak_barriers,
1057                                    notify, callback, name);
1058         if (!vq) {
1059                 vring_free_queue(vdev, queue_size_in_bytes, queue,
1060                                  dma_addr);
1061                 return NULL;
1062         }
1063
1064         to_vvq(vq)->queue_dma_addr = dma_addr;
1065         to_vvq(vq)->queue_size_in_bytes = queue_size_in_bytes;
1066         to_vvq(vq)->we_own_ring = true;
1067
1068         return vq;
1069 }
1070 EXPORT_SYMBOL_GPL(vring_create_virtqueue);
1071
1072 struct virtqueue *vring_new_virtqueue(unsigned int index,
1073                                       unsigned int num,
1074                                       unsigned int vring_align,
1075                                       struct virtio_device *vdev,
1076                                       bool weak_barriers,
1077                                       void *pages,
1078                                       bool (*notify)(struct virtqueue *vq),
1079                                       void (*callback)(struct virtqueue *vq),
1080                                       const char *name)
1081 {
1082         struct vring vring;
1083         vring_init(&vring, num, pages, vring_align);
1084         return __vring_new_virtqueue(index, vring, vdev, weak_barriers,
1085                                      notify, callback, name);
1086 }
1087 EXPORT_SYMBOL_GPL(vring_new_virtqueue);
1088
1089 void vring_del_virtqueue(struct virtqueue *_vq)
1090 {
1091         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
1092
1093         if (vq->we_own_ring) {
1094                 vring_free_queue(vq->vq.vdev, vq->queue_size_in_bytes,
1095                                  vq->vring.desc, vq->queue_dma_addr);
1096         }
1097         list_del(&_vq->list);
1098         kfree(vq);
1099 }
1100 EXPORT_SYMBOL_GPL(vring_del_virtqueue);
1101
1102 /* Manipulates transport-specific feature bits. */
1103 void vring_transport_features(struct virtio_device *vdev)
1104 {
1105         unsigned int i;
1106
1107         for (i = VIRTIO_TRANSPORT_F_START; i < VIRTIO_TRANSPORT_F_END; i++) {
1108                 switch (i) {
1109                 case VIRTIO_RING_F_INDIRECT_DESC:
1110                         break;
1111                 case VIRTIO_RING_F_EVENT_IDX:
1112                         break;
1113                 case VIRTIO_F_VERSION_1:
1114                         break;
1115                 case VIRTIO_F_IOMMU_PLATFORM:
1116                         break;
1117                 default:
1118                         /* We don't understand this bit. */
1119                         __virtio_clear_bit(vdev, i);
1120                 }
1121         }
1122 }
1123 EXPORT_SYMBOL_GPL(vring_transport_features);
1124
1125 /**
1126  * virtqueue_get_vring_size - return the size of the virtqueue's vring
1127  * @vq: the struct virtqueue containing the vring of interest.
1128  *
1129  * Returns the size of the vring.  This is mainly used for boasting to
1130  * userspace.  Unlike other operations, this need not be serialized.
1131  */
1132 unsigned int virtqueue_get_vring_size(struct virtqueue *_vq)
1133 {
1134
1135         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
1136
1137         return vq->vring.num;
1138 }
1139 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_get_vring_size);
1140
1141 bool virtqueue_is_broken(struct virtqueue *_vq)
1142 {
1143         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
1144
1145         return vq->broken;
1146 }
1147 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_is_broken);
1148
1149 /*
1150  * This should prevent the device from being used, allowing drivers to
1151  * recover.  You may need to grab appropriate locks to flush.
1152  */
1153 void virtio_break_device(struct virtio_device *dev)
1154 {
1155         struct virtqueue *_vq;
1156
1157         list_for_each_entry(_vq, &dev->vqs, list) {
1158                 struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
1159                 vq->broken = true;
1160         }
1161 }
1162 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtio_break_device);
1163
1164 dma_addr_t virtqueue_get_desc_addr(struct virtqueue *_vq)
1165 {
1166         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
1167
1168         BUG_ON(!vq->we_own_ring);
1169
1170         return vq->queue_dma_addr;
1171 }
1172 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_get_desc_addr);
1173
1174 dma_addr_t virtqueue_get_avail_addr(struct virtqueue *_vq)
1175 {
1176         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
1177
1178         BUG_ON(!vq->we_own_ring);
1179
1180         return vq->queue_dma_addr +
1181                 ((char *)vq->vring.avail - (char *)vq->vring.desc);
1182 }
1183 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_get_avail_addr);
1184
1185 dma_addr_t virtqueue_get_used_addr(struct virtqueue *_vq)
1186 {
1187         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
1188
1189         BUG_ON(!vq->we_own_ring);
1190
1191         return vq->queue_dma_addr +
1192                 ((char *)vq->vring.used - (char *)vq->vring.desc);
1193 }
1194 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_get_used_addr);
1195
1196 const struct vring *virtqueue_get_vring(struct virtqueue *vq)
1197 {
1198         return &to_vvq(vq)->vring;
1199 }
1200 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_get_vring);
1201
1202 MODULE_LICENSE("GPL");