virt/kvm/eventfd.c

   1 /*
   2  * kvm eventfd support - use eventfd objects to signal various KVM events
   3  *
   4  * Copyright 2009 Novell.  All Rights Reserved.
   5  * Copyright 2010 Red Hat, Inc. and/or its affiliates.
   6  *
   7  * Author:
   8  *      Gregory Haskins <ghaskins@novell.com>
   9  *
  10  * This file is free software; you can redistribute it and/or modify
  11  * it under the terms of version 2 of the GNU General Public License
  12  * as published by the Free Software Foundation.
  13  *
  14  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  17  * GNU General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  20  * along with this program; if not, write to the Free Software Foundation,
  21  * Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301, USA.
  22  */
  23
  24 #include <linux/kvm_host.h>
  25 #include <linux/kvm.h>
  26 #include <linux/workqueue.h>
  27 #include <linux/syscalls.h>
  28 #include <linux/wait.h>
  29 #include <linux/poll.h>
  30 #include <linux/file.h>
  31 #include <linux/list.h>
  32 #include <linux/eventfd.h>
  33 #include <linux/kernel.h>
  34 #include <linux/slab.h>
  35
  36 #include "iodev.h"
  37
  38 /*
  39  * --------------------------------------------------------------------
  40  * irqfd: Allows an fd to be used to inject an interrupt to the guest
  41  *
  42  * Credit goes to Avi Kivity for the original idea.
  43  * --------------------------------------------------------------------
  44  */
  45
  46 struct _irqfd {
  47         /* Used for MSI fast-path */
  48         struct kvm *kvm;
  49         wait_queue_t wait;
  50         /* Update side is protected by irqfds.lock */
  51         struct kvm_kernel_irq_routing_entry __rcu *irq_entry;
  52         /* Used for level IRQ fast-path */
  53         int gsi;
  54         struct work_struct inject;
  55         /* Used for setup/shutdown */
  56         struct eventfd_ctx *eventfd;
  57         struct list_head list;
  58         poll_table pt;
  59         struct work_struct shutdown;
  60 };
  61
  62 static struct workqueue_struct *irqfd_cleanup_wq;
  63
  64 static void
  65 irqfd_inject(struct work_struct *work)
  66 {
  67         struct _irqfd *irqfd = container_of(work, struct _irqfd, inject);
  68         struct kvm *kvm = irqfd->kvm;
  69
  70         kvm_set_irq(kvm, KVM_USERSPACE_IRQ_SOURCE_ID, irqfd->gsi, 1);
  71         kvm_set_irq(kvm, KVM_USERSPACE_IRQ_SOURCE_ID, irqfd->gsi, 0);
  72 }
  73
  74 /*
  75  * Race-free decouple logic (ordering is critical)
  76  */
  77 static void
  78 irqfd_shutdown(struct work_struct *work)
  79 {
  80         struct _irqfd *irqfd = container_of(work, struct _irqfd, shutdown);
  81         u64 cnt;
  82
  83         /*
  84          * Synchronize with the wait-queue and unhook ourselves to prevent
  85          * further events.
  86          */
  87         eventfd_ctx_remove_wait_queue(irqfd->eventfd, &irqfd->wait, &cnt);
  88
  89         /*
  90          * We know no new events will be scheduled at this point, so block
  91          * until all previously outstanding events have completed
  92          */
  93         flush_work_sync(&irqfd->inject);
  94
  95         /*
  96          * It is now safe to release the object's resources
  97          */
  98         eventfd_ctx_put(irqfd->eventfd);
  99         kfree(irqfd);
 100 }
 101
 102
 103 /* assumes kvm->irqfds.lock is held */
 104 static bool
 105 irqfd_is_active(struct _irqfd *irqfd)
 106 {
 107         return list_empty(&irqfd->list) ? false : true;
 108 }
 109
 110 /*
 111  * Mark the irqfd as inactive and schedule it for removal
 112  *
 113  * assumes kvm->irqfds.lock is held
 114  */
 115 static void
 116 irqfd_deactivate(struct _irqfd *irqfd)
 117 {
 118         BUG_ON(!irqfd_is_active(irqfd));
 119
 120         list_del_init(&irqfd->list);
 121
 122         queue_work(irqfd_cleanup_wq, &irqfd->shutdown);
 123 }
 124
 125 /*
 126  * Called with wqh->lock held and interrupts disabled
 127  */
 128 static int
 129 irqfd_wakeup(wait_queue_t *wait, unsigned mode, int sync, void *key)
 130 {
 131         struct _irqfd *irqfd = container_of(wait, struct _irqfd, wait);
 132         unsigned long flags = (unsigned long)key;
 133         struct kvm_kernel_irq_routing_entry *irq;
 134         struct kvm *kvm = irqfd->kvm;
 135
 136         if (flags & POLLIN) {
 137                 rcu_read_lock();
 138                 irq = rcu_dereference(irqfd->irq_entry);
 139                 /* An event has been signaled, inject an interrupt */
 140                 if (irq)
 141                         kvm_set_msi(irq, kvm, KVM_USERSPACE_IRQ_SOURCE_ID, 1);
 142                 else
 143                         schedule_work(&irqfd->inject);
 144                 rcu_read_unlock();
 145         }
 146
 147         if (flags & POLLHUP) {
 148                 /* The eventfd is closing, detach from KVM */
 149                 unsigned long flags;
 150
 151                 spin_lock_irqsave(&kvm->irqfds.lock, flags);
 152
 153                 /*
 154                  * We must check if someone deactivated the irqfd before
 155                  * we could acquire the irqfds.lock since the item is
 156                  * deactivated from the KVM side before it is unhooked from
 157                  * the wait-queue.  If it is already deactivated, we can
 158                  * simply return knowing the other side will cleanup for us.
 159                  * We cannot race against the irqfd going away since the
 160                  * other side is required to acquire wqh->lock, which we hold
 161                  */
 162                 if (irqfd_is_active(irqfd))
 163                         irqfd_deactivate(irqfd);
 164
 165                 spin_unlock_irqrestore(&kvm->irqfds.lock, flags);
 166         }
 167
 168         return 0;
 169 }
 170
 171 static void
 172 irqfd_ptable_queue_proc(struct file *file, wait_queue_head_t *wqh,
 173                         poll_table *pt)
 174 {
 175         struct _irqfd *irqfd = container_of(pt, struct _irqfd, pt);
 176         add_wait_queue(wqh, &irqfd->wait);
 177 }
 178
 179 /* Must be called under irqfds.lock */
 180 static void irqfd_update(struct kvm *kvm, struct _irqfd *irqfd,
 181                          struct kvm_irq_routing_table *irq_rt)
 182 {
 183         struct kvm_kernel_irq_routing_entry *e;
 184         struct hlist_node *n;
 185
 186         if (irqfd->gsi >= irq_rt->nr_rt_entries) {
 187                 rcu_assign_pointer(irqfd->irq_entry, NULL);
 188                 return;
 189         }
 190
 191         hlist_for_each_entry(e, n, &irq_rt->map[irqfd->gsi], link) {
 192                 /* Only fast-path MSI. */
 193                 if (e->type == KVM_IRQ_ROUTING_MSI)
 194                         rcu_assign_pointer(irqfd->irq_entry, e);
 195                 else
 196                         rcu_assign_pointer(irqfd->irq_entry, NULL);
 197         }
 198 }
 199
 200 static int
 201 kvm_irqfd_assign(struct kvm *kvm, int fd, int gsi)
 202 {
 203         struct kvm_irq_routing_table *irq_rt;
 204         struct _irqfd *irqfd, *tmp;
 205         struct file *file = NULL;
 206         struct eventfd_ctx *eventfd = NULL;
 207         int ret;
 208         unsigned int events;
 209
 210         irqfd = kzalloc(sizeof(*irqfd), GFP_KERNEL);
 211         if (!irqfd)
 212                 return -ENOMEM;
 213
 214         irqfd->kvm = kvm;
 215         irqfd->gsi = gsi;
 216         INIT_LIST_HEAD(&irqfd->list);
 217         INIT_WORK(&irqfd->inject, irqfd_inject);
 218         INIT_WORK(&irqfd->shutdown, irqfd_shutdown);
 219
 220         file = eventfd_fget(fd);
 221         if (IS_ERR(file)) {
 222                 ret = PTR_ERR(file);
 223                 goto fail;
 224         }
 225
 226         eventfd = eventfd_ctx_fileget(file);
 227         if (IS_ERR(eventfd)) {
 228                 ret = PTR_ERR(eventfd);
 229                 goto fail;
 230         }
 231
 232         irqfd->eventfd = eventfd;
 233
 234         /*
 235          * Install our own custom wake-up handling so we are notified via
 236          * a callback whenever someone signals the underlying eventfd
 237          */
 238         init_waitqueue_func_entry(&irqfd->wait, irqfd_wakeup);
 239         init_poll_funcptr(&irqfd->pt, irqfd_ptable_queue_proc);
 240
 241         spin_lock_irq(&kvm->irqfds.lock);
 242
 243         ret = 0;
 244         list_for_each_entry(tmp, &kvm->irqfds.items, list) {
 245                 if (irqfd->eventfd != tmp->eventfd)
 246                         continue;
 247                 /* This fd is used for another irq already. */
 248                 ret = -EBUSY;
 249                 spin_unlock_irq(&kvm->irqfds.lock);
 250                 goto fail;
 251         }
 252
 253         irq_rt = rcu_dereference_protected(kvm->irq_routing,
 254                                            lockdep_is_held(&kvm->irqfds.lock));
 255         irqfd_update(kvm, irqfd, irq_rt);
 256
 257         events = file->f_op->poll(file, &irqfd->pt);
 258
 259         list_add_tail(&irqfd->list, &kvm->irqfds.items);
 260
 261         /*
 262          * Check if there was an event already pending on the eventfd
 263          * before we registered, and trigger it as if we didn't miss it.
 264          */
 265         if (events & POLLIN)
 266                 schedule_work(&irqfd->inject);
 267
 268         spin_unlock_irq(&kvm->irqfds.lock);
 269
 270         /*
 271          * do not drop the file until the irqfd is fully initialized, otherwise
 272          * we might race against the POLLHUP
 273          */
 274         fput(file);
 275
 276         return 0;
 277
 278 fail:
 279         if (eventfd && !IS_ERR(eventfd))
 280                 eventfd_ctx_put(eventfd);
 281
 282         if (!IS_ERR(file))
 283                 fput(file);
 284
 285         kfree(irqfd);
 286         return ret;
 287 }
 288
 289 void
 290 kvm_eventfd_init(struct kvm *kvm)
 291 {
 292         spin_lock_init(&kvm->irqfds.lock);
 293         INIT_LIST_HEAD(&kvm->irqfds.items);
 294         INIT_LIST_HEAD(&kvm->ioeventfds);
 295 }
 296
 297 /*
 298  * shutdown any irqfd's that match fd+gsi
 299  */
 300 static int
 301 kvm_irqfd_deassign(struct kvm *kvm, int fd, int gsi)
 302 {
 303         struct _irqfd *irqfd, *tmp;
 304         struct eventfd_ctx *eventfd;
 305
 306         eventfd = eventfd_ctx_fdget(fd);
 307         if (IS_ERR(eventfd))
 308                 return PTR_ERR(eventfd);
 309
 310         spin_lock_irq(&kvm->irqfds.lock);
 311
 312         list_for_each_entry_safe(irqfd, tmp, &kvm->irqfds.items, list) {
 313                 if (irqfd->eventfd == eventfd && irqfd->gsi == gsi) {
 314                         /*
 315                          * This rcu_assign_pointer is needed for when
 316                          * another thread calls kvm_irq_routing_update before
 317                          * we flush workqueue below (we synchronize with
 318                          * kvm_irq_routing_update using irqfds.lock).
 319                          * It is paired with synchronize_rcu done by caller
 320                          * of that function.
 321                          */
 322                         rcu_assign_pointer(irqfd->irq_entry, NULL);
 323                         irqfd_deactivate(irqfd);
 324                 }
 325         }
 326
 327         spin_unlock_irq(&kvm->irqfds.lock);
 328         eventfd_ctx_put(eventfd);
 329
 330         /*
 331          * Block until we know all outstanding shutdown jobs have completed
 332          * so that we guarantee there will not be any more interrupts on this
 333          * gsi once this deassign function returns.
 334          */
 335         flush_workqueue(irqfd_cleanup_wq);
 336
 337         return 0;
 338 }
 339
 340 int
 341 kvm_irqfd(struct kvm *kvm, int fd, int gsi, int flags)
 342 {
 343         if (flags & KVM_IRQFD_FLAG_DEASSIGN)
 344                 return kvm_irqfd_deassign(kvm, fd, gsi);
 345
 346         return kvm_irqfd_assign(kvm, fd, gsi);
 347 }
 348
 349 /*
 350  * This function is called as the kvm VM fd is being released. Shutdown all
 351  * irqfds that still remain open
 352  */
 353 void
 354 kvm_irqfd_release(struct kvm *kvm)
 355 {
 356         struct _irqfd *irqfd, *tmp;
 357
 358         spin_lock_irq(&kvm->irqfds.lock);
 359
 360         list_for_each_entry_safe(irqfd, tmp, &kvm->irqfds.items, list)
 361                 irqfd_deactivate(irqfd);
 362
 363         spin_unlock_irq(&kvm->irqfds.lock);
 364
 365         /*
 366          * Block until we know all outstanding shutdown jobs have completed
 367          * since we do not take a kvm* reference.
 368          */
 369         flush_workqueue(irqfd_cleanup_wq);
 370
 371 }
 372
 373 /*
 374  * Change irq_routing and irqfd.
 375  * Caller must invoke synchronize_rcu afterwards.
 376  */
 377 void kvm_irq_routing_update(struct kvm *kvm,
 378                             struct kvm_irq_routing_table *irq_rt)
 379 {
 380         struct _irqfd *irqfd;
 381
 382         spin_lock_irq(&kvm->irqfds.lock);
 383
 384         rcu_assign_pointer(kvm->irq_routing, irq_rt);
 385
 386         list_for_each_entry(irqfd, &kvm->irqfds.items, list)
 387                 irqfd_update(kvm, irqfd, irq_rt);
 388
 389         spin_unlock_irq(&kvm->irqfds.lock);
 390 }
 391
 392 /*
 393  * create a host-wide workqueue for issuing deferred shutdown requests
 394  * aggregated from all vm* instances. We need our own isolated single-thread
 395  * queue to prevent deadlock against flushing the normal work-queue.
 396  */
 397 static int __init irqfd_module_init(void)
 398 {
 399         irqfd_cleanup_wq = create_singlethread_workqueue("kvm-irqfd-cleanup");
 400         if (!irqfd_cleanup_wq)
 401                 return -ENOMEM;
 402
 403         return 0;
 404 }
 405
 406 static void __exit irqfd_module_exit(void)
 407 {
 408         destroy_workqueue(irqfd_cleanup_wq);
 409 }
 410
 411 module_init(irqfd_module_init);
 412 module_exit(irqfd_module_exit);
 413
 414 /*
 415  * --------------------------------------------------------------------
 416  * ioeventfd: translate a PIO/MMIO memory write to an eventfd signal.
 417  *
 418  * userspace can register a PIO/MMIO address with an eventfd for receiving
 419  * notification when the memory has been touched.
 420  * --------------------------------------------------------------------
 421  */
 422
 423 struct _ioeventfd {
 424         struct list_head     list;
 425         u64                  addr;
 426         int                  length;
 427         struct eventfd_ctx  *eventfd;
 428         u64                  datamatch;
 429         struct kvm_io_device dev;
 430         bool                 wildcard;
 431 };
 432
 433 static inline struct _ioeventfd *
 434 to_ioeventfd(struct kvm_io_device *dev)
 435 {
 436         return container_of(dev, struct _ioeventfd, dev);
 437 }
 438
 439 static void
 440 ioeventfd_release(struct _ioeventfd *p)
 441 {
 442         eventfd_ctx_put(p->eventfd);
 443         list_del(&p->list);
 444         kfree(p);
 445 }
 446
 447 static bool
 448 ioeventfd_in_range(struct _ioeventfd *p, gpa_t addr, int len, const void *val)
 449 {
 450         u64 _val;
 451
 452         if (!(addr == p->addr && len == p->length))
 453                 /* address-range must be precise for a hit */
 454                 return false;
 455
 456         if (p->wildcard)
 457                 /* all else equal, wildcard is always a hit */
 458                 return true;
 459
 460         /* otherwise, we have to actually compare the data */
 461
 462         BUG_ON(!IS_ALIGNED((unsigned long)val, len));
 463
 464         switch (len) {
 465         case 1:
 466                 _val = *(u8 *)val;
 467                 break;
 468         case 2:
 469                 _val = *(u16 *)val;
 470                 break;
 471         case 4:
 472                 _val = *(u32 *)val;
 473                 break;
 474         case 8:
 475                 _val = *(u64 *)val;
 476                 break;
 477         default:
 478                 return false;
 479         }
 480
 481         return _val == p->datamatch ? true : false;
 482 }
 483
 484 /* MMIO/PIO writes trigger an event if the addr/val match */
 485 static int
 486 ioeventfd_write(struct kvm_io_device *this, gpa_t addr, int len,
 487                 const void *val)
 488 {
 489         struct _ioeventfd *p = to_ioeventfd(this);
 490
 491         if (!ioeventfd_in_range(p, addr, len, val))
 492                 return -EOPNOTSUPP;
 493
 494         eventfd_signal(p->eventfd, 1);
 495         return 0;
 496 }
 497
 498 /*
 499  * This function is called as KVM is completely shutting down.  We do not
 500  * need to worry about locking just nuke anything we have as quickly as possible
 501  */
 502 static void
 503 ioeventfd_destructor(struct kvm_io_device *this)
 504 {
 505         struct _ioeventfd *p = to_ioeventfd(this);
 506
 507         ioeventfd_release(p);
 508 }
 509
 510 static const struct kvm_io_device_ops ioeventfd_ops = {
 511         .write      = ioeventfd_write,
 512         .destructor = ioeventfd_destructor,
 513 };
 514
 515 /* assumes kvm->slots_lock held */
 516 static bool
 517 ioeventfd_check_collision(struct kvm *kvm, struct _ioeventfd *p)
 518 {
 519         struct _ioeventfd *_p;
 520
 521         list_for_each_entry(_p, &kvm->ioeventfds, list)
 522                 if (_p->addr == p->addr && _p->length == p->length &&
 523                     (_p->wildcard || p->wildcard ||
 524                      _p->datamatch == p->datamatch))
 525                         return true;
 526
 527         return false;
 528 }
 529
 530 static int
 531 kvm_assign_ioeventfd(struct kvm *kvm, struct kvm_ioeventfd *args)
 532 {
 533         int                       pio = args->flags & KVM_IOEVENTFD_FLAG_PIO;
 534         enum kvm_bus              bus_idx = pio ? KVM_PIO_BUS : KVM_MMIO_BUS;
 535         struct _ioeventfd        *p;
 536         struct eventfd_ctx       *eventfd;
 537         int                       ret;
 538
 539         /* must be natural-word sized */
 540         switch (args->len) {
 541         case 1:
 542         case 2:
 543         case 4:
 544         case 8:
 545                 break;
 546         default:
 547                 return -EINVAL;
 548         }
 549
 550         /* check for range overflow */
 551         if (args->addr + args->len < args->addr)
 552                 return -EINVAL;
 553
 554         /* check for extra flags that we don't understand */
 555         if (args->flags & ~KVM_IOEVENTFD_VALID_FLAG_MASK)
 556                 return -EINVAL;
 557
 558         eventfd = eventfd_ctx_fdget(args->fd);
 559         if (IS_ERR(eventfd))
 560                 return PTR_ERR(eventfd);
 561
 562         p = kzalloc(sizeof(*p), GFP_KERNEL);
 563         if (!p) {
 564                 ret = -ENOMEM;
 565                 goto fail;
 566         }
 567
 568         INIT_LIST_HEAD(&p->list);
 569         p->addr    = args->addr;
 570         p->length  = args->len;
 571         p->eventfd = eventfd;
 572
 573         /* The datamatch feature is optional, otherwise this is a wildcard */
 574         if (args->flags & KVM_IOEVENTFD_FLAG_DATAMATCH)
 575                 p->datamatch = args->datamatch;
 576         else
 577                 p->wildcard = true;
 578
 579         mutex_lock(&kvm->slots_lock);
 580
 581         /* Verify that there isn't a match already */
 582         if (ioeventfd_check_collision(kvm, p)) {
 583                 ret = -EEXIST;
 584                 goto unlock_fail;
 585         }
 586
 587         kvm_iodevice_init(&p->dev, &ioeventfd_ops);
 588
 589         ret = kvm_io_bus_register_dev(kvm, bus_idx, p->addr, p->length,
 590                                       &p->dev);
 591         if (ret < 0)
 592                 goto unlock_fail;
 593
 594         list_add_tail(&p->list, &kvm->ioeventfds);
 595
 596         mutex_unlock(&kvm->slots_lock);
 597
 598         return 0;
 599
 600 unlock_fail:
 601         mutex_unlock(&kvm->slots_lock);
 602
 603 fail:
 604         kfree(p);
 605         eventfd_ctx_put(eventfd);
 606
 607         return ret;
 608 }
 609
 610 static int
 611 kvm_deassign_ioeventfd(struct kvm *kvm, struct kvm_ioeventfd *args)
 612 {
 613         int                       pio = args->flags & KVM_IOEVENTFD_FLAG_PIO;
 614         enum kvm_bus              bus_idx = pio ? KVM_PIO_BUS : KVM_MMIO_BUS;
 615         struct _ioeventfd        *p, *tmp;
 616         struct eventfd_ctx       *eventfd;
 617         int                       ret = -ENOENT;
 618
 619         eventfd = eventfd_ctx_fdget(args->fd);
 620         if (IS_ERR(eventfd))
 621                 return PTR_ERR(eventfd);
 622
 623         mutex_lock(&kvm->slots_lock);
 624
 625         list_for_each_entry_safe(p, tmp, &kvm->ioeventfds, list) {
 626                 bool wildcard = !(args->flags & KVM_IOEVENTFD_FLAG_DATAMATCH);
 627
 628                 if (p->eventfd != eventfd  ||
 629                     p->addr != args->addr  ||
 630                     p->length != args->len ||
 631                     p->wildcard != wildcard)
 632                         continue;
 633
 634                 if (!p->wildcard && p->datamatch != args->datamatch)
 635                         continue;
 636
 637                 kvm_io_bus_unregister_dev(kvm, bus_idx, &p->dev);
 638                 ioeventfd_release(p);
 639                 ret = 0;
 640                 break;
 641         }
 642
 643         mutex_unlock(&kvm->slots_lock);
 644
 645         eventfd_ctx_put(eventfd);
 646
 647         return ret;
 648 }
 649
 650 int
 651 kvm_ioeventfd(struct kvm *kvm, struct kvm_ioeventfd *args)
 652 {
 653         if (args->flags & KVM_IOEVENTFD_FLAG_DEASSIGN)
 654                 return kvm_deassign_ioeventfd(kvm, args);
 655
 656         return kvm_assign_ioeventfd(kvm, args);
 657 }