virt/kvm/arm/vgic/vgic-v4.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * Copyright (C) 2017 ARM Ltd.
   4  * Author: Marc Zyngier <marc.zyngier@arm.com>
   5  */
   6
   7 #include <linux/interrupt.h>
   8 #include <linux/irq.h>
   9 #include <linux/irqdomain.h>
  10 #include <linux/kvm_host.h>
  11 #include <linux/irqchip/arm-gic-v3.h>
  12
  13 #include "vgic.h"
  14
  15 /*
  16  * How KVM uses GICv4 (insert rude comments here):
  17  *
  18  * The vgic-v4 layer acts as a bridge between several entities:
  19  * - The GICv4 ITS representation offered by the ITS driver
  20  * - VFIO, which is in charge of the PCI endpoint
  21  * - The virtual ITS, which is the only thing the guest sees
  22  *
  23  * The configuration of VLPIs is triggered by a callback from VFIO,
  24  * instructing KVM that a PCI device has been configured to deliver
  25  * MSIs to a vITS.
  26  *
  27  * kvm_vgic_v4_set_forwarding() is thus called with the routing entry,
  28  * and this is used to find the corresponding vITS data structures
  29  * (ITS instance, device, event and irq) using a process that is
  30  * extremely similar to the injection of an MSI.
  31  *
  32  * At this stage, we can link the guest's view of an LPI (uniquely
  33  * identified by the routing entry) and the host irq, using the GICv4
  34  * driver mapping operation. Should the mapping succeed, we've then
  35  * successfully upgraded the guest's LPI to a VLPI. We can then start
  36  * with updating GICv4's view of the property table and generating an
  37  * INValidation in order to kickstart the delivery of this VLPI to the
  38  * guest directly, without software intervention. Well, almost.
  39  *
  40  * When the PCI endpoint is deconfigured, this operation is reversed
  41  * with VFIO calling kvm_vgic_v4_unset_forwarding().
  42  *
  43  * Once the VLPI has been mapped, it needs to follow any change the
  44  * guest performs on its LPI through the vITS. For that, a number of
  45  * command handlers have hooks to communicate these changes to the HW:
  46  * - Any invalidation triggers a call to its_prop_update_vlpi()
  47  * - The INT command results in a irq_set_irqchip_state(), which
  48  *   generates an INT on the corresponding VLPI.
  49  * - The CLEAR command results in a irq_set_irqchip_state(), which
  50  *   generates an CLEAR on the corresponding VLPI.
  51  * - DISCARD translates into an unmap, similar to a call to
  52  *   kvm_vgic_v4_unset_forwarding().
  53  * - MOVI is translated by an update of the existing mapping, changing
  54  *   the target vcpu, resulting in a VMOVI being generated.
  55  * - MOVALL is translated by a string of mapping updates (similar to
  56  *   the handling of MOVI). MOVALL is horrible.
  57  *
  58  * Note that a DISCARD/MAPTI sequence emitted from the guest without
  59  * reprogramming the PCI endpoint after MAPTI does not result in a
  60  * VLPI being mapped, as there is no callback from VFIO (the guest
  61  * will get the interrupt via the normal SW injection). Fixing this is
  62  * not trivial, and requires some horrible messing with the VFIO
  63  * internals. Not fun. Don't do that.
  64  *
  65  * Then there is the scheduling. Each time a vcpu is about to run on a
  66  * physical CPU, KVM must tell the corresponding redistributor about
  67  * it. And if we've migrated our vcpu from one CPU to another, we must
  68  * tell the ITS (so that the messages reach the right redistributor).
  69  * This is done in two steps: first issue a irq_set_affinity() on the
  70  * irq corresponding to the vcpu, then call its_make_vpe_resident().
  71  * You must be in a non-preemptible context. On exit, a call to
  72  * its_make_vpe_non_resident() tells the redistributor that we're done
  73  * with the vcpu.
  74  *
  75  * Finally, the doorbell handling: Each vcpu is allocated an interrupt
  76  * which will fire each time a VLPI is made pending whilst the vcpu is
  77  * not running. Each time the vcpu gets blocked, the doorbell
  78  * interrupt gets enabled. When the vcpu is unblocked (for whatever
  79  * reason), the doorbell interrupt is disabled.
  80  */
  81
  82 #define DB_IRQ_FLAGS    (IRQ_NOAUTOEN | IRQ_DISABLE_UNLAZY | IRQ_NO_BALANCING)
  83
  84 static irqreturn_t vgic_v4_doorbell_handler(int irq, void *info)
  85 {
  86         struct kvm_vcpu *vcpu = info;
  87
  88         /* We got the message, no need to fire again */
  89         if (!kvm_vgic_global_state.has_gicv4_1 &&
  90             !irqd_irq_disabled(&irq_to_desc(irq)->irq_data))
  91                 disable_irq_nosync(irq);
  92
  93         vcpu->arch.vgic_cpu.vgic_v3.its_vpe.pending_last = true;
  94         kvm_make_request(KVM_REQ_IRQ_PENDING, vcpu);
  95         kvm_vcpu_kick(vcpu);
  96
  97         return IRQ_HANDLED;
  98 }
  99
 100 static void vgic_v4_sync_sgi_config(struct its_vpe *vpe, struct vgic_irq *irq)
 101 {
 102         vpe->sgi_config[irq->intid].enabled     = irq->enabled;
 103         vpe->sgi_config[irq->intid].group       = irq->group;
 104         vpe->sgi_config[irq->intid].priority    = irq->priority;
 105 }
 106
 107 static void vgic_v4_enable_vsgis(struct kvm_vcpu *vcpu)
 108 {
 109         struct its_vpe *vpe = &vcpu->arch.vgic_cpu.vgic_v3.its_vpe;
 110         int i;
 111
 112         /*
 113          * With GICv4.1, every virtual SGI can be directly injected. So
 114          * let's pretend that they are HW interrupts, tied to a host
 115          * IRQ. The SGI code will do its magic.
 116          */
 117         for (i = 0; i < VGIC_NR_SGIS; i++) {
 118                 struct vgic_irq *irq = vgic_get_irq(vcpu->kvm, vcpu, i);
 119                 struct irq_desc *desc;
 120                 unsigned long flags;
 121                 int ret;
 122
 123                 raw_spin_lock_irqsave(&irq->irq_lock, flags);
 124
 125                 if (irq->hw)
 126                         goto unlock;
 127
 128                 irq->hw = true;
 129                 irq->host_irq = irq_find_mapping(vpe->sgi_domain, i);
 130
 131                 /* Transfer the full irq state to the vPE */
 132                 vgic_v4_sync_sgi_config(vpe, irq);
 133                 desc = irq_to_desc(irq->host_irq);
 134                 ret = irq_domain_activate_irq(irq_desc_get_irq_data(desc),
 135                                               false);
 136                 if (!WARN_ON(ret)) {
 137                         /* Transfer pending state */
 138                         ret = irq_set_irqchip_state(irq->host_irq,
 139                                                     IRQCHIP_STATE_PENDING,
 140                                                     irq->pending_latch);
 141                         WARN_ON(ret);
 142                         irq->pending_latch = false;
 143                 }
 144         unlock:
 145                 raw_spin_unlock_irqrestore(&irq->irq_lock, flags);
 146                 vgic_put_irq(vcpu->kvm, irq);
 147         }
 148 }
 149
 150 static void vgic_v4_disable_vsgis(struct kvm_vcpu *vcpu)
 151 {
 152         int i;
 153
 154         for (i = 0; i < VGIC_NR_SGIS; i++) {
 155                 struct vgic_irq *irq = vgic_get_irq(vcpu->kvm, vcpu, i);
 156                 struct irq_desc *desc;
 157                 unsigned long flags;
 158                 int ret;
 159
 160                 raw_spin_lock_irqsave(&irq->irq_lock, flags);
 161
 162                 if (!irq->hw)
 163                         goto unlock;
 164
 165                 irq->hw = false;
 166                 ret = irq_get_irqchip_state(irq->host_irq,
 167                                             IRQCHIP_STATE_PENDING,
 168                                             &irq->pending_latch);
 169                 WARN_ON(ret);
 170
 171                 desc = irq_to_desc(irq->host_irq);
 172                 irq_domain_deactivate_irq(irq_desc_get_irq_data(desc));
 173         unlock:
 174                 raw_spin_unlock_irqrestore(&irq->irq_lock, flags);
 175                 vgic_put_irq(vcpu->kvm, irq);
 176         }
 177 }
 178
 179 /* Must be called with the kvm lock held */
 180 void vgic_v4_configure_vsgis(struct kvm *kvm)
 181 {
 182         struct vgic_dist *dist = &kvm->arch.vgic;
 183         struct kvm_vcpu *vcpu;
 184         int i;
 185
 186         kvm_arm_halt_guest(kvm);
 187
 188         kvm_for_each_vcpu(i, vcpu, kvm) {
 189                 if (dist->nassgireq)
 190                         vgic_v4_enable_vsgis(vcpu);
 191                 else
 192                         vgic_v4_disable_vsgis(vcpu);
 193         }
 194
 195         kvm_arm_resume_guest(kvm);
 196 }
 197
 198 /**
 199  * vgic_v4_init - Initialize the GICv4 data structures
 200  * @kvm:        Pointer to the VM being initialized
 201  *
 202  * We may be called each time a vITS is created, or when the
 203  * vgic is initialized. This relies on kvm->lock to be
 204  * held. In both cases, the number of vcpus should now be
 205  * fixed.
 206  */
 207 int vgic_v4_init(struct kvm *kvm)
 208 {
 209         struct vgic_dist *dist = &kvm->arch.vgic;
 210         struct kvm_vcpu *vcpu;
 211         int i, nr_vcpus, ret;
 212
 213         if (!kvm_vgic_global_state.has_gicv4)
 214                 return 0; /* Nothing to see here... move along. */
 215
 216         if (dist->its_vm.vpes)
 217                 return 0;
 218
 219         nr_vcpus = atomic_read(&kvm->online_vcpus);
 220
 221         dist->its_vm.vpes = kcalloc(nr_vcpus, sizeof(*dist->its_vm.vpes),
 222                                     GFP_KERNEL);
 223         if (!dist->its_vm.vpes)
 224                 return -ENOMEM;
 225
 226         dist->its_vm.nr_vpes = nr_vcpus;
 227
 228         kvm_for_each_vcpu(i, vcpu, kvm)
 229                 dist->its_vm.vpes[i] = &vcpu->arch.vgic_cpu.vgic_v3.its_vpe;
 230
 231         ret = its_alloc_vcpu_irqs(&dist->its_vm);
 232         if (ret < 0) {
 233                 kvm_err("VPE IRQ allocation failure\n");
 234                 kfree(dist->its_vm.vpes);
 235                 dist->its_vm.nr_vpes = 0;
 236                 dist->its_vm.vpes = NULL;
 237                 return ret;
 238         }
 239
 240         kvm_for_each_vcpu(i, vcpu, kvm) {
 241                 int irq = dist->its_vm.vpes[i]->irq;
 242                 unsigned long irq_flags = DB_IRQ_FLAGS;
 243
 244                 /*
 245                  * Don't automatically enable the doorbell, as we're
 246                  * flipping it back and forth when the vcpu gets
 247                  * blocked. Also disable the lazy disabling, as the
 248                  * doorbell could kick us out of the guest too
 249                  * early...
 250                  *
 251                  * On GICv4.1, the doorbell is managed in HW and must
 252                  * be left enabled.
 253                  */
 254                 if (kvm_vgic_global_state.has_gicv4_1)
 255                         irq_flags &= ~IRQ_NOAUTOEN;
 256                 irq_set_status_flags(irq, irq_flags);
 257
 258                 ret = request_irq(irq, vgic_v4_doorbell_handler,
 259                                   0, "vcpu", vcpu);
 260                 if (ret) {
 261                         kvm_err("failed to allocate vcpu IRQ%d\n", irq);
 262                         /*
 263                          * Trick: adjust the number of vpes so we know
 264                          * how many to nuke on teardown...
 265                          */
 266                         dist->its_vm.nr_vpes = i;
 267                         break;
 268                 }
 269         }
 270
 271         if (ret)
 272                 vgic_v4_teardown(kvm);
 273
 274         return ret;
 275 }
 276
 277 /**
 278  * vgic_v4_teardown - Free the GICv4 data structures
 279  * @kvm:        Pointer to the VM being destroyed
 280  *
 281  * Relies on kvm->lock to be held.
 282  */
 283 void vgic_v4_teardown(struct kvm *kvm)
 284 {
 285         struct its_vm *its_vm = &kvm->arch.vgic.its_vm;
 286         int i;
 287
 288         if (!its_vm->vpes)
 289                 return;
 290
 291         for (i = 0; i < its_vm->nr_vpes; i++) {
 292                 struct kvm_vcpu *vcpu = kvm_get_vcpu(kvm, i);
 293                 int irq = its_vm->vpes[i]->irq;
 294
 295                 irq_clear_status_flags(irq, DB_IRQ_FLAGS);
 296                 free_irq(irq, vcpu);
 297         }
 298
 299         its_free_vcpu_irqs(its_vm);
 300         kfree(its_vm->vpes);
 301         its_vm->nr_vpes = 0;
 302         its_vm->vpes = NULL;
 303 }
 304
 305 int vgic_v4_put(struct kvm_vcpu *vcpu, bool need_db)
 306 {
 307         struct its_vpe *vpe = &vcpu->arch.vgic_cpu.vgic_v3.its_vpe;
 308
 309         if (!vgic_supports_direct_msis(vcpu->kvm) || !vpe->resident)
 310                 return 0;
 311
 312         return its_make_vpe_non_resident(vpe, need_db);
 313 }
 314
 315 int vgic_v4_load(struct kvm_vcpu *vcpu)
 316 {
 317         struct its_vpe *vpe = &vcpu->arch.vgic_cpu.vgic_v3.its_vpe;
 318         int err;
 319
 320         if (!vgic_supports_direct_msis(vcpu->kvm) || vpe->resident)
 321                 return 0;
 322
 323         /*
 324          * Before making the VPE resident, make sure the redistributor
 325          * corresponding to our current CPU expects us here. See the
 326          * doc in drivers/irqchip/irq-gic-v4.c to understand how this
 327          * turns into a VMOVP command at the ITS level.
 328          */
 329         err = irq_set_affinity(vpe->irq, cpumask_of(smp_processor_id()));
 330         if (err)
 331                 return err;
 332
 333         err = its_make_vpe_resident(vpe, false, vcpu->kvm->arch.vgic.enabled);
 334         if (err)
 335                 return err;
 336
 337         /*
 338          * Now that the VPE is resident, let's get rid of a potential
 339          * doorbell interrupt that would still be pending. This is a
 340          * GICv4.0 only "feature"...
 341          */
 342         if (!kvm_vgic_global_state.has_gicv4_1)
 343                 err = irq_set_irqchip_state(vpe->irq, IRQCHIP_STATE_PENDING, false);
 344
 345         return err;
 346 }
 347
 348 static struct vgic_its *vgic_get_its(struct kvm *kvm,
 349                                      struct kvm_kernel_irq_routing_entry *irq_entry)
 350 {
 351         struct kvm_msi msi  = (struct kvm_msi) {
 352                 .address_lo     = irq_entry->msi.address_lo,
 353                 .address_hi     = irq_entry->msi.address_hi,
 354                 .data           = irq_entry->msi.data,
 355                 .flags          = irq_entry->msi.flags,
 356                 .devid          = irq_entry->msi.devid,
 357         };
 358
 359         return vgic_msi_to_its(kvm, &msi);
 360 }
 361
 362 int kvm_vgic_v4_set_forwarding(struct kvm *kvm, int virq,
 363                                struct kvm_kernel_irq_routing_entry *irq_entry)
 364 {
 365         struct vgic_its *its;
 366         struct vgic_irq *irq;
 367         struct its_vlpi_map map;
 368         int ret;
 369
 370         if (!vgic_supports_direct_msis(kvm))
 371                 return 0;
 372
 373         /*
 374          * Get the ITS, and escape early on error (not a valid
 375          * doorbell for any of our vITSs).
 376          */
 377         its = vgic_get_its(kvm, irq_entry);
 378         if (IS_ERR(its))
 379                 return 0;
 380
 381         mutex_lock(&its->its_lock);
 382
 383         /* Perform the actual DevID/EventID -> LPI translation. */
 384         ret = vgic_its_resolve_lpi(kvm, its, irq_entry->msi.devid,
 385                                    irq_entry->msi.data, &irq);
 386         if (ret)
 387                 goto out;
 388
 389         /*
 390          * Emit the mapping request. If it fails, the ITS probably
 391          * isn't v4 compatible, so let's silently bail out. Holding
 392          * the ITS lock should ensure that nothing can modify the
 393          * target vcpu.
 394          */
 395         map = (struct its_vlpi_map) {
 396                 .vm             = &kvm->arch.vgic.its_vm,
 397                 .vpe            = &irq->target_vcpu->arch.vgic_cpu.vgic_v3.its_vpe,
 398                 .vintid         = irq->intid,
 399                 .properties     = ((irq->priority & 0xfc) |
 400                                    (irq->enabled ? LPI_PROP_ENABLED : 0) |
 401                                    LPI_PROP_GROUP1),
 402                 .db_enabled     = true,
 403         };
 404
 405         ret = its_map_vlpi(virq, &map);
 406         if (ret)
 407                 goto out;
 408
 409         irq->hw         = true;
 410         irq->host_irq   = virq;
 411         atomic_inc(&map.vpe->vlpi_count);
 412
 413 out:
 414         mutex_unlock(&its->its_lock);
 415         return ret;
 416 }
 417
 418 int kvm_vgic_v4_unset_forwarding(struct kvm *kvm, int virq,
 419                                  struct kvm_kernel_irq_routing_entry *irq_entry)
 420 {
 421         struct vgic_its *its;
 422         struct vgic_irq *irq;
 423         int ret;
 424
 425         if (!vgic_supports_direct_msis(kvm))
 426                 return 0;
 427
 428         /*
 429          * Get the ITS, and escape early on error (not a valid
 430          * doorbell for any of our vITSs).
 431          */
 432         its = vgic_get_its(kvm, irq_entry);
 433         if (IS_ERR(its))
 434                 return 0;
 435
 436         mutex_lock(&its->its_lock);
 437
 438         ret = vgic_its_resolve_lpi(kvm, its, irq_entry->msi.devid,
 439                                    irq_entry->msi.data, &irq);
 440         if (ret)
 441                 goto out;
 442
 443         WARN_ON(!(irq->hw && irq->host_irq == virq));
 444         if (irq->hw) {
 445                 atomic_dec(&irq->target_vcpu->arch.vgic_cpu.vgic_v3.its_vpe.vlpi_count);
 446                 irq->hw = false;
 447                 ret = its_unmap_vlpi(virq);
 448         }
 449
 450 out:
 451         mutex_unlock(&its->its_lock);
 452         return ret;
 453 }