KVM: arm64: vgic-its: Connect LPIs to the VGIC emulation

LPIs are dynamically created (mapped) at guest runtime and their
actual number can be quite high, but is mostly assigned using a very
sparse allocation scheme. So arrays are not an ideal data structure
to hold the information.
We use a spin-lock protected linked list to hold all mapped LPIs,
represented by their struct vgic_irq. This lock is grouped between the
ap_list_lock and the vgic_irq lock in our locking order.
Also we store a pointer to that struct vgic_irq in our struct its_itte,
so we can easily access it.
Eventually we call our new vgic_get_lpi() from vgic_get_irq(), so
the VGIC code gets transparently access to LPIs.

Signed-off-by: Andre Przywara <andre.przywara@arm.com>
Reviewed-by: Marc Zyngier <marc.zyngier@arm.com>
Tested-by: Eric Auger <eric.auger@redhat.com>
Signed-off-by: Marc Zyngier <marc.zyngier@arm.com>

KVM: arm64: vgic-its: Implement basic ITS register handlers

Add emulation for some basic MMIO registers used in the ITS emulation.
This includes:
- GITS_{CTLR,TYPER,IIDR}
- ID registers
- GITS_{CBASER,CREADR,CWRITER}
  (which implement the ITS command buffer handling)
- GITS_BASER<n>

Most of the handlers are pretty straight forward, only the CWRITER
handler is a bit more involved by taking the new its_cmd mutex and
then iterating over the command buffer.
The registers holding base addresses and attributes are sanitised before
storing them.

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Reviewed-by: Marc Zyngier <marc.zyngier@arm.com>
Tested-by: Eric Auger <eric.auger@redhat.com>
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KVM: arm64: vgic-its: Introduce new KVM ITS device

Introduce a new KVM device that represents an ARM Interrupt Translation
Service (ITS) controller. Since there can be multiple of this per guest,
we can't piggy back on the existing GICv3 distributor device, but create
a new type of KVM device.
On the KVM_CREATE_DEVICE ioctl we allocate and initialize the ITS data
structure and store the pointer in the kvm_device data.
Upon an explicit init ioctl from userland (after having setup the MMIO
address) we register the handlers with the kvm_io_bus framework.
Any reference to an ITS thus has to go via this interface.

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KVM: arm64: vgic-its: Introduce ITS emulation file with MMIO framework

The ARM GICv3 ITS emulation code goes into a separate file, but needs
to be connected to the GICv3 emulation, of which it is an option.
The ITS MMIO handlers require the respective ITS pointer to be passed in,
so we amend the existing VGIC MMIO framework to let it cope with that.
Also we introduce the basic ITS data structure and initialize it, but
don't return any success yet, as we are not yet ready for the show.

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KVM: arm64: vgic: Handle ITS related GICv3 redistributor registers

In the GICv3 redistributor there are the PENDBASER and PROPBASER
registers which we did not emulate so far, as they only make sense
when having an ITS. In preparation for that emulate those MMIO
accesses by storing the 64-bit data written into it into a variable
which we later read in the ITS emulation.
We also sanitise the registers, making sure RES0 regions are respected
and checking for valid memory attributes.

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irqchip/gic-v3: Refactor and add GICv3 definitions

arm-gic-v3.h contains bit and register definitions for the GICv3 and ITS,
at least for the bits the we currently care about.
The ITS emulation needs more definitions, so add them and refactor
the memory attribute #defines to be more universally usable.
To avoid changing all users, we still provide some of the old definitons
defined with the help of the new macros.

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KVM: arm/arm64: vgic: Add refcounting for IRQs

In the moment our struct vgic_irq's are statically allocated at guest
creation time. So getting a pointer to an IRQ structure is trivial and
safe. LPIs are more dynamic, they can be mapped and unmapped at any time
during the guest's _runtime_.
In preparation for supporting LPIs we introduce reference counting for
those structures using the kernel's kref infrastructure.
Since private IRQs and SPIs are statically allocated, we avoid actually
refcounting them, since they would never be released anyway.
But we take provisions to increase the refcount when an IRQ gets onto a
VCPU list and decrease it when it gets removed. Also this introduces
vgic_put_irq(), which wraps kref_put and hides the release function from
the callers.

Signed-off-by: Andre Przywara <andre.przywara@arm.com>
Reviewed-by: Marc Zyngier <marc.zyngier@arm.com>
Tested-by: Eric Auger <eric.auger@redhat.com>
Signed-off-by: Marc Zyngier <marc.zyngier@arm.com>

KVM: kvm_io_bus: Add kvm_io_bus_get_dev() call

The kvm_io_bus framework is a nice place of holding information about
various MMIO regions for kernel emulated devices.
Add a call to retrieve the kvm_io_device structure which is associated
with a certain MMIO address. This avoids to duplicate kvm_io_bus'
knowledge of MMIO regions without having to fake MMIO calls if a user
needs the device a certain MMIO address belongs to.
This will be used by the ITS emulation to get the associated ITS device
when someone triggers an MSI via an ioctl from userspace.

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Reviewed-by: Eric Auger <eric.auger@redhat.com>
Reviewed-by: Marc Zyngier <marc.zyngier@arm.com>
Acked-by: Christoffer Dall <christoffer.dall@linaro.org>
Acked-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Tested-by: Eric Auger <eric.auger@redhat.com>
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KVM: arm/arm64: Extend arch CAP checks to allow per-VM capabilities

KVM capabilities can be a per-VM property, though ARM/ARM64 currently
does not pass on the VM pointer to the architecture specific
capability handlers.
Add a "struct kvm*" parameter to those function to later allow proper
per-VM capability reporting.

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Reviewed-by: Eric Auger <eric.auger@linaro.org>
Reviewed-by: Marc Zyngier <marc.zyngier@arm.com>
Acked-by: Christoffer Dall <christoffer.dall@linaro.org>
Tested-by: Eric Auger <eric.auger@redhat.com>
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KVM: Extend struct kvm_msi to hold a 32-bit device ID

The ARM GICv3 ITS MSI controller requires a device ID to be able to
assign the proper interrupt vector. On real hardware, this ID is
sampled from the bus. To be able to emulate an ITS controller, extend
the KVM MSI interface to let userspace provide such a device ID. For
PCI devices, the device ID is simply the 16-bit bus-device-function
triplet, which should be easily available to the userland tool.

Also there is a new KVM capability which advertises whether the
current VM requires a device ID to be set along with the MSI data.
This flag is still reported as not available everywhere, later we will
enable it when ITS emulation is used.

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Reviewed-by: Eric Auger <eric.auger@linaro.org>
Reviewed-by: Marc Zyngier <marc.zyngier@arm.com>
Acked-by: Christoffer Dall <christoffer.dall@linaro.org>
Acked-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Tested-by: Eric Auger <eric.auger@redhat.com>
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KVM: arm/arm64: vgic: Check return value for kvm_register_vgic_device

kvm_register_device_ops() can return an error, so lets check its return
value and propagate this up the call chain.

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Reviewed-by: Marc Zyngier <marc.zyngier@arm.com>
Tested-by: Eric Auger <eric.auger@redhat.com>
Signed-off-by: Marc Zyngier <marc.zyngier@arm.com>

KVM: arm/arm64: vgic: Move redistributor kvm_io_devices

Logically a GICv3 redistributor is assigned to a (v)CPU, so we should
aim to keep redistributor related variables out of our struct vgic_dist.

Let's start by replacing the redistributor related kvm_io_device array
with two members in our existing struct vgic_cpu, which are naturally
per-VCPU and thus don't require any allocation / freeing.
So apart from the better fit with the redistributor design this saves
some code as well.

Signed-off-by: Andre Przywara <andre.przywara@arm.com>
Reviewed-by: Eric Auger <eric.auger@redhat.com>
Reviewed-by: Marc Zyngier <marc.zyngier@arm.com>
Tested-by: Eric Auger <eric.auger@redhat.com>
Signed-off-by: Marc Zyngier <marc.zyngier@arm.com>

arm64: KVM: Clean up a condition

My static checker complains that this condition looks like it should be
== instead of =.  This isn't a fast path, so we don't need to be fancy.

Signed-off-by: Dan Carpenter <dan.carpenter@oracle.com>
Signed-off-by: Marc Zyngier <marc.zyngier@arm.com>

arm/arm64: Get rid of KERN_TO_HYP

We have both KERN_TO_HYP and kern_hyp_va, which do the exact same
thing. Let's standardize on the latter.

Signed-off-by: Marc Zyngier <marc.zyngier@arm.com>
Signed-off-by: Christoffer Dall <christoffer.dall@linaro.org>

arm/arm64: KVM: Check that IDMAP doesn't intersect with VA range

This is more of a safety measure than anything else: If we end-up
with an idmap page that intersect with the range picked for the
the HYP VA space, abort the KVM setup, as it is unsafe to go
further.

I cannot imagine it happening on 64bit (we have a mechanism to
work around it), but could potentially occur on a 32bit system with
the kernel loaded high enough in memory so that in conflicts with
the kernel VA.

Signed-off-by: Marc Zyngier <marc.zyngier@arm.com>
Signed-off-by: Christoffer Dall <christoffer.dall@linaro.org>

arm/arm64: KVM: Prune unused #defines

We can now remove a number of dead #defines, thanks to the trampoline
code being gone.

Signed-off-by: Marc Zyngier <marc.zyngier@arm.com>
Signed-off-by: Christoffer Dall <christoffer.dall@linaro.org>

arm: KVM: Allow hyp teardown

So far, KVM was getting in the way of kexec on 32bit (and the arm64
kexec hackers couldn't be bothered to fix it on 32bit...).

With simpler page tables, tearing KVM down becomes very easy, so
let's just do it.

Signed-off-by: Marc Zyngier <marc.zyngier@arm.com>
Signed-off-by: Christoffer Dall <christoffer.dall@linaro.org>

arm: KVM: Simplify HYP init

Just like for arm64, we can now make the HYP setup a lot simpler,
and we can now initialise it in one go (instead of the two
phases we currently have).

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arm/arm64: KVM: Kill free_boot_hyp_pgd

There is no way to free the boot PGD, because it doesn't exist
anymore as a standalone entity.

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arm/arm64: KVM: Drop boot_pgd

Since we now only have one set of page tables, the concept of
boot_pgd is useless and can be removed. We still keep it as
an element of the "extended idmap" thing.

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arm64: KVM: Simplify HYP init/teardown

Now that we only have the "merged page tables" case to deal with,
there is a bunch of things we can simplify in the HYP code (both
at init and teardown time).

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arm/arm64: KVM: Always have merged page tables

We're in a position where we can now always have "merged" page
tables, where both the runtime mapping and the idmap coexist.

This results in some code being removed, but there is more to come.

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arm64: KVM: Runtime detection of lower HYP offset

Add the code that enables the switch to the lower HYP VA range.

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arm/arm64: KVM: Export __hyp_text_start/end symbols

Declare the __hyp_text_start/end symbols in asm/virt.h so that
they can be reused without having to declare them locally.

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arm64: KVM: Refactor kern_hyp_va to deal with multiple offsets

As we move towards a selectable HYP VA range, it is obvious that
we don't want to test a variable to find out if we need to use
the bottom VA range, the top VA range, or use the address as is
(for VHE).

Instead, we can expand our current helper to generate the right
mask or nop with code patching. We default to using the top VA
space, with alternatives to switch to the bottom one or to nop
out the instructions.

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arm64: KVM: Define HYP offset masks

Define the two possible HYP VA regions in terms of VA_BITS,
and keep HYP_PAGE_OFFSET_MASK as a temporary compatibility
definition.

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arm64: Add ARM64_HYP_OFFSET_LOW capability

As we need to indicate to the rest of the kernel which region of
the HYP VA space is safe to use, add a capability that will
indicate that KVM should use the [VA_BITS-2:0] range.

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arm64: KVM: Kill HYP_PAGE_OFFSET

HYP_PAGE_OFFSET is not massively useful. And the way we use it
in KERN_HYP_VA is inconsistent with the equivalent operation in
EL2, where we use a mask instead.

Let's replace the uses of HYP_PAGE_OFFSET with HYP_PAGE_OFFSET_MASK,
and get rid of the pointless macro.

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arm/arm64: KVM: Remove hyp_kern_va helper

hyp_kern_va is now completely unused, so let's remove it entirely.

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arm64: KVM: Always reference __hyp_panic_string via its kernel VA

__hyp_panic_string is passed via the HYP panic code to the panic
function, and is being "upgraded" to a kernel address, as it is
referenced by the HYP code (in a PC-relative way).

This is a bit silly, and we'd be better off obtaining the kernel
address and not mess with it at all. This patch implements this
with a tiny bit of asm glue, by forcing the string pointer to be
read from the literal pool.

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arm64: KVM: Merged page tables documentation

Since dealing with VA ranges tends to hurt my brain badly, let's
start with a bit of documentation that will hopefully help
understanding what comes next...

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KVM: arm/arm64: The GIC is dead, long live the GIC

I don't think any single piece of the KVM/ARM code ever generated
as much hatred as the GIC emulation.

It was written by someone who had zero experience in modeling
hardware (me), was riddled with design flaws, should have been
scrapped and rewritten from scratch long before having a remote
chance of reaching mainline, and yet we supported it for a good
three years. No need to mention the names of those who suffered,
the git log is singing their praises.

Thankfully, we now have a much more maintainable implementation,
and we can safely put the grumpy old GIC to rest.

Fellow hackers, please raise your glass in memory of the GIC:

The GIC is dead, long live the GIC!

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Signed-off-by: Christoffer Dall <christoffer.dall@linaro.org>

arm/arm64: KVM: Make default HYP mappings non-excutable

Structures that can be generally written to don't have any requirement
to be executable (quite the opposite). This includes the kvm and vcpu
structures, as well as the stacks.

Let's change the default to incorporate the XN flag.

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arm/arm64: KVM: Map the HYP text as read-only

There should be no reason for mapping the HYP text read/write.

As such, let's have a new set of flags (PAGE_HYP_EXEC) that allows
execution, but makes the page as read-only, and update the two call
sites that deal with mapping code.

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arm/arm64: KVM: Enforce HYP read-only mapping of the kernel's rodata section

In order to be able to use C code in HYP, we're now mapping the kernel's
rodata in HYP. It works absolutely fine, except that we're mapping it RWX,
which is not what it should be.

Add a new HYP_PAGE_RO protection, and pass it as the protection flags
when mapping the rodata section.

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arm64: Add PTE_HYP_XN page table flag

EL2 page tables can be configured to deny code from being
executed, which is done by setting bit 54 in the page descriptor.

It is the same bit as PTE_UXN, but the "USER" reference felt odd
in the hypervisor code.

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arm/arm64: KVM: Add a protection parameter to create_hyp_mappings

Currently, create_hyp_mappings applies a "one size fits all" page
protection (PAGE_HYP). As we're heading towards separate protections
for different sections, let's make this protection a parameter, and
let the callers pass their prefered protection (PAGE_HYP for everyone
for the time being).

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Merge tag 'kvm-s390-next-4.8-2' of git://git./linux/kernel/git/kvms390/linux into HEAD

KVM: s390: vSIE (nested virtualization) feature for 4.8 (kvm/next)

With an updated QEMU this allows to create nested KVM guests
(KVM under KVM) on s390.

s390 memory management changes from Martin Schwidefsky or
acked by Martin. One common code memory management change (pageref)
acked by Andrew Morton.

The feature has to be enabled with the nested medule parameter.

KVM: s390: vsie: add module parameter "nested"

Let's be careful first and allow nested virtualization only if enabled
by the system administrator. In addition, user space still has to
explicitly enable it via SCLP features for it to work.

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KVM: s390: vsie: add indication for future features

We have certain SIE features that we cannot support for now.
Let's add these features, so user space can directly prepare to enable
them, so we don't have to update yet another component.

In addition, add a comment block, telling why it is for now not possible to
forward/enable these features.

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KVM: s390: vsie: correctly set and handle guest TOD

Guest 2 sets up the epoch of guest 3 from his point of view. Therefore,
we have to add the guest 2 epoch to the guest 3 epoch. We also have to take
care of guest 2 epoch changes on STP syncs. This will work just fine by
also updating the guest 3 epoch when a vsie_block has been set for a VCPU.

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KVM: s390: vsie: speed up VCPU external calls

Whenever a SIGP external call is injected via the SIGP external call
interpretation facility, the VCPU is not kicked. When a VCPU is currently
in the VSIE, the external call might not be processed immediately.

Therefore we have to provoke partial execution exceptions, which leads to a
kick of the VCPU and therefore also kick out of VSIE. This is done by
simulating the WAIT state. This bit has no other side effects.

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KVM: s390: don't use CPUSTAT_WAIT to detect if a VCPU is idle

As we want to make use of CPUSTAT_WAIT also when a VCPU is not idle but
to force interception of external calls, let's check in the bitmap instead.

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KVM: s390: vsie: speed up VCPU irq delivery when handling vsie

Whenever we want to wake up a VCPU (e.g. when injecting an IRQ), we
have to kick it out of vsie, so the request will be handled faster.

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KVM: s390: vsie: try to refault after a reported fault to g2

We can avoid one unneeded SIE entry after we reported a fault to g2.
Theoretically, g2 resolves the fault and we can create the shadow mapping
directly, instead of failing again when entering the SIE.

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KVM: s390: vsie: support IBS interpretation

We can easily enable ibs for guest 2, so he can use it for guest 3.

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KVM: s390: vsie: support conditional-external-interception

We can easily enable cei for guest 2, so he can use it for guest 3.

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KVM: s390: vsie: support intervention-bypass

We can easily enable intervention bypass for guest 2, so it can use it
for guest 3.

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KVM: s390: vsie: support guest-storage-limit-suppression

We can easily forward guest-storage-limit-suppression if available.

One thing to care about is keeping the prefix properly mapped when
gsls in toggled on/off or the mso changes in between. Therefore we better
remap the prefix on any mso changes just like we already do with the
prefix.

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KVM: s390: vsie: support guest-PER-enhancement

We can easily forward the guest-PER-enhancement facility to guest 2 if
available.

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KVM: s390: vsie: support shared IPTE-interlock facility

As we forward the whole SCA provided by guest 2, we can directly forward
SIIF if available.

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KVM: s390: vsie: support 64-bit-SCAO

Let's provide the 64-bit-SCAO facility to guest 2, so he can set up a SCA
for guest 3 that has a 64 bit address. Please note that we already require
the 64 bit SCAO for our vsie implementation, in order to forward the SCA
directly (by pinning the page).

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KVM: s390: vsie: support run-time-instrumentation

As soon as guest 2 is allowed to use run-time-instrumentation (indicated
via via STFLE), it can also enable it for guest 3.

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KVM: s390: vsie: support vectory facility (SIMD)

As soon as guest 2 is allowed to use the vector facility (indicated via
STFLE), it can also enable it for guest 3. We have to take care of the
sattellite block that might be used when not relying on lazy vector
copying (not the case for KVM).

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KVM: s390: vsie: support transactional execution

As soon as guest 2 is allowed to use transactional execution (indicated via
STFLE), he can also enable it for guest 3.

Active transactional execution requires also the second prefix page to be
mapped. If that page cannot be mapped, a validity icpt has to be presented
to the guest.

We have to take care of tx being toggled on/off, otherwise we might get
wrong prefix validity icpt.

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KVM: s390: vsie: support aes dea wrapping keys

As soon as message-security-assist extension 3 is enabled for guest 2,
we have to allow key wrapping for guest 3.

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KVM: s390: vsie: support STFLE interpretation

Issuing STFLE is extremely rare. Instead of copying 2k on every
VSIE call, let's do this lazily, when a guest 3 tries to execute
STFLE. We can setup the block and retry.

Unfortunately, we can't directly forward that facility list, as
we only have a 31 bit address for the facility list designation.
So let's use a DMA allocation for our vsie_page instead for now.

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KVM: s390: vsie: support host-protection-interruption

Introduced with ESOP, therefore available for the guest if it
is allowed to use ESOP.

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KVM: s390: vsie: support edat1 / edat2

If guest 2 is allowed to use edat 1 / edat 2, it can also set it up for
guest 3, so let's properly check and forward the edat cpuflags.

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KVM: s390: vsie: support setting the ibc

As soon as we forward an ibc to guest 2 (indicated via
kvm->arch.model.ibc), he can also use it for guest 3. Let's properly round
the ibc up/down, so we avoid any potential validity icpts from the
underlying SIE, if it doesn't simply round the values.

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KVM: s390: vsie: optimize gmap prefix mapping

In order to not always map the prefix, we have to take care of certain
aspects that implicitly unmap the prefix:
- Changes to the prefix address
- Changes to MSO, because the HVA of the prefix is changed
- Changes of the gmap shadow (e.g. unshadowed, asce or edat changes)

By properly handling these cases, we can stop remapping the prefix when
there is no reason to do so.

This also allows us now to not acquire any gmap shadow locks when
rerunning the vsie and still having a valid gmap shadow.

Please note, to detect changing gmap shadows, we have to keep the reference
of the gmap shadow. The address of a gmap shadow does otherwise not
reliably indicate if the gmap shadow has changed (the memory chunk
could get reused).

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
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KVM: s390: vsie: initial support for nested virtualization

This patch adds basic support for nested virtualization on s390x, called
VSIE (virtual SIE) and allows it to be used by the guest if the necessary
facilities are supported by the hardware and enabled for the guest.

In order to make this work, we have to shadow the sie control block
provided by guest 2. In order to gain some performance, we have to
reuse the same shadow blocks as good as possible. For now, we allow
as many shadow blocks as we have VCPUs (that way, every VCPU can run the
VSIE concurrently).

We have to watch out for the prefix getting unmapped out of our shadow
gmap and properly get the VCPU out of VSIE in that case, to fault the
prefix pages back in. We use the PROG_REQUEST bit for that purpose.

This patch is based on an initial prototype by Tobias Elpelt.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

mm/page_ref: introduce page_ref_inc_return

Let's introduce that helper.

Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Acked-by: Andrew Morton <akpm@linux-foundation.org>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390: introduce page_to_virt() and pfn_to_virt()

Acked-by: Heiko Carstens <heiko.carstens@de.ibm.com>
Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

KVM: s390: backup the currently enabled gmap when scheduled out

Nested virtualization will have to enable own gmaps. Current code
would enable the wrong gmap whenever scheduled out and back in,
therefore resulting in the wrong gmap being enabled.

This patch reenables the last enabled gmap, therefore avoiding having to
touch vcpu->arch.gmap when enabling a different gmap.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

KVM: s390: fast path for shadow gmaps in gmap notifier

The default kvm gmap notifier doesn't have to handle shadow gmaps.
So let's just directly exit in case we get notified about one.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: don't fault everything in read-write in gmap_pte_op_fixup()

Let's not fault in everything in read-write but limit it to read-only
where possible.

When restricting access rights, we already have the required protection
level in our hands. When reading from guest 2 storage (gmap_read_table),
it is obviously PROT_READ. When shadowing a pte, the required protection
level is given via the guest 2 provided pte.

Based on an initial patch by Martin Schwidefsky.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
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s390/mm: allow to check if a gmap shadow is valid

It will be very helpful to have a mechanism to check without any locks
if a given gmap shadow is still valid and matches the given properties.

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s390/mm: remember the int code for the last gmap fault

For nested virtualization, we want to know if we are handling a protection
exception, because these can directly be forwarded to the guest without
additional checks.

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s390/mm: limit number of real-space gmap shadows

We have no known user of real-space designation and only support it to
be architecture compliant.

Gmap shadows with real-space designation are never unshadowed
automatically, as there is nothing to protect for the top level table.

So let's simply limit the number of such shadows to one by removing
existing ones on creation of another one.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
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s390/mm: support real-space for gmap shadows

We can easily support real-space designation just like EDAT1 and EDAT2.
So guest2 can provide for guest3 an asce with the real-space control being
set.

We simply have to allocate the biggest page table possible and fake all
levels.

There is no protection to consider. If we exceed guest memory, vsie code
will inject an addressing exception (via program intercept). In the future,
we could limit the fake table level to the gmap page table.

As the top level page table can never go away, such gmap shadows will never
get unshadowed, we'll have to come up with another way to limit the number
of kept gmap shadows.

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s390/mm: push rte protection down to shadow pte

Just like we already do with ste protection, let's take rte protection
into account. This way, the host pte doesn't have to be mapped writable.

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s390/mm: support EDAT2 for gmap shadows

If the guest is enabled for EDAT2, we can easily create shadows for
guest2 -> guest3 provided tables that make use of EDAT2.

If guest2 references a 2GB page, this memory looks consecutive for guest2,
but it does not have to be so for us. Therefore we have to create fake
segment and page tables.

This works just like EDAT1 support, so page tables are removed when the
parent table (r3t table entry) is changed.

We don't hve to care about:
- ACCF-Validity Control in RTTE
- Access-Control Bits in RTTE
- Fetch-Protection Bit in RTTE
- Common-Region Bit in RTTE

Just like for EDAT1, all bits might be dropped and there is no guaranteed
that they are active.

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s390/mm: support EDAT1 for gmap shadows

If the guest is enabled for EDAT1, we can easily create shadows for
guest2 -> guest3 provided tables that make use of EDAT1.

If guest2 references a 1MB page, this memory looks consecutive for guest2,
but it might not be so for us. Therefore we have to create fake page tables.

We can easily add that to our existing infrastructure. The invalidation
mechanism will make sure that fake page tables are removed when the parent
table (sgt table entry) is changed.

As EDAT1 also introduced protection on all page table levels, we have to
also shadow these correctly.

We don't have to care about:
- ACCF-Validity Control in STE
- Access-Control Bits in STE
- Fetch-Protection Bit in STE
- Common-Segment Bit in STE

As all bits might be dropped and there is no guaranteed that they are
active ("unpredictable whether the CPU uses these bits", "may be used").
Without using EDAT1 in the shadow ourselfes (STE-format control == 0),
simply shadowing these bits would not be enough. They would be ignored.

Please note that we are using the "fake" flag to make this look consistent
with further changes (EDAT2, real-space designation support) and don't let
the shadow functions handle fc=1 stes.

In the future, with huge pages in the host, gmap_shadow_pgt() could simply
try to map a huge host page if "fake" is set to one and indicate via return
value that no lower fake tables / shadow ptes are required.

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s390/mm: prepare for EDAT1/EDAT2 support in gmap shadow

In preparation for EDAT1/EDAT2 support for gmap shadows, we have to store
the requested edat level in the gmap shadow.

The edat level used during shadow translation is a property of the gmap
shadow. Depending on that level, the gmap shadow will look differently for
the same guest tables. We have to store it internally in order to support
it later.

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Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: push ste protection down to shadow pte

If a guest ste is read-only, it doesn't make sense to force the ptes in as
writable in the host. If the source page is read-only in the host, it won't
have to be made writable. Please note that if the source page is not
available, it will still be faulted in writable. This can be changed
internally later on.

If ste protection is removed, underlying shadow tables are also removed,
therefore this change does not affect the guest.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
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s390/mm: take ipte_lock during shadow faults

Let's take the ipte_lock while working on guest 2 provided page table, just
like the other gaccess functions.

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s390/mm: protection exceptions are corrrectly shadowed

As gmap shadows contains correct protection permissions, protection
exceptons can directly be forwarded to guest 3. If we would encounter
a protection exception while faulting, the next guest 3 run will
automatically handle that for us.

Keep the dat_protection logic in place, as it will be helpful later.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
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s390/mm: take the mmap_sem in kvm_s390_shadow_fault()

Instead of doing it in the caller, let's just take the mmap_sem
in kvm_s390_shadow_fault(). By taking it as read, we allow parallel
faulting on shadow page tables, gmap shadow code is prepared for that.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
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s390/mm: fix races on gmap_shadow creation

Before any thread is allowed to use a gmap_shadow, it has to be fully
initialized. However, for invalidation to work properly, we have to
register the new gmap_shadow before we protect the parent gmap table.

Because locking is tricky, and we have to avoid duplicate gmaps, let's
introduce an initialized field, that signalizes other threads if that
gmap_shadow can already be used or if they have to retry.

Let's properly return errors using ERR_PTR() instead of simply returning
NULL, so a caller can properly react on the error.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: avoid races on region/segment/page table shadowing

We have to unlock sg->guest_table_lock in order to call
gmap_protect_rmap(). If we sleep just before that call, another VCPU
might pick up that shadowed page table (while it is not protected yet)
and use it.

In order to avoid these races, we have to introduce a third state -
"origin set but still invalid" for an entry. This way, we can avoid
another thread already using the entry before the table is fully protected.
As soon as everything is set up, we can clear the invalid bit - if we
had no race with the unshadowing code.

Suggested-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
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Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
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s390/mm: shadow pages with real guest requested protection

We really want to avoid manually handling protection for nested
virtualization. By shadowing pages with the protection the guest asked us
for, the SIE can handle most protection-related actions for us (e.g.
special handling for MVPG) and we can directly forward protection
exceptions to the guest.

PTEs will now always be shadowed with the correct _PAGE_PROTECT flag.
Unshadowing will take care of any guest changes to the parent PTE and
any host changes to the host PTE. If the host PTE doesn't have the
fitting access rights or is not available, we have to fix it up.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: flush tlb of shadows in all situations

For now, the tlb of shadow gmap is only flushed when the parent is removed,
not when it is removed upfront. Therefore other shadow gmaps can reuse the
tables without the tlb getting flushed.

Fix this by simply flushing the tlb
1. Before the shadow tables are removed (analogouos to other unshadow functions)
2. When the gmap is freed and therefore the top level pages are freed.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: add kvm shadow fault function

This patch introduces function kvm_s390_shadow_fault() used to resolve a
fault on a shadow gmap. This function will do validity checking and
build up the shadow page table hierarchy in order to fault in the
requested page into the shadow page table structure.

If an exception occurs while shadowing, guest 2 has to be notified about
it using either an exception or a program interrupt intercept. If
concurrent unshadowing occurres, this function will simply return with
-EAGAIN and the caller has to retry.

Reviewed-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: add shadow gmap support

For a nested KVM guest the outer KVM host needs to create shadow
page tables for the nested guest. This patch adds the basic support
to the guest address space (gmap) code.

For each guest address space the inner KVM host creates, the first
outer KVM host needs to create shadow page tables. The address space
is identified by the ASCE loaded into the control register 1 at the
time the inner SIE instruction for the second nested KVM guest is
executed. The outer KVM host creates the shadow tables starting with
the table identified by the ASCE on a on-demand basis. The outer KVM
host will get repeated faults for all the shadow tables needed to
run the second KVM guest.

While a shadow page table for the second KVM guest is active the access
to the origin region, segment and page tables needs to be restricted
for the first KVM guest. For region and segment and page tables the first
KVM guest may read the memory, but write attempt has to lead to an
unshadow.  This is done using the page invalid and read-only bits in the
page table of the first KVM guest. If the first guest re-accesses one of
the origin pages of a shadow, it gets a fault and the affected parts of
the shadow page table hierarchy needs to be removed again.

PGSTE tables don't have to be shadowed, as all interpretation assist can't
deal with the invalid bits in the shadow pte being set differently than
the original ones provided by the first KVM guest.

Many bug fixes and improvements by David Hildenbrand.

Reviewed-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: add reference counter to gmap structure

Let's use a reference counter mechanism to control the lifetime of
gmap structures. This will be needed for further changes related to
gmap shadows.

Reviewed-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: extended gmap pte notifier

The current gmap pte notifier forces a pte into to a read-write state.
If the pte is invalidated the gmap notifier is called to inform KVM
that the mapping will go away.

Extend this approach to allow read-write, read-only and no-access
as possible target states and call the pte notifier for any change
to the pte.

This mechanism is used to temporarily set specific access rights for
a pte without doing the heavy work of a true mprotect call.

Reviewed-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: use RCU for gmap notifier list and the per-mm gmap list

The gmap notifier list and the gmap list in the mm_struct change rarely.
Use RCU to optimize the reader of these lists.

Reviewed-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/kvm: page table invalidation notifier

Pass an address range to the page table invalidation notifier
for KVM. This allows to notify changes that affect a larger
virtual memory area, e.g. for 1MB pages.

Reviewed-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

kvm: vmx: hook preemption timer support

Hook the VMX preemption timer to the "hv timer" functionality added
by the previous patch.  This includes: checking if the feature is
supported, if the feature is broken on the CPU, the hooks to
setup/clean the VMX preemption timer, arming the timer on vmentry
and handling the vmexit.

A module parameter states if the VMX preemption timer should be
utilized.

Signed-off-by: Yunhong Jiang <yunhong.jiang@intel.com>
[Move hv_deadline_tsc to struct vcpu_vmx, use -1 as the "unset" value.
 Put all VMX bits here.  Enable it by default #yolo. - Paolo]
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

kvm: vmx: rename vmx_pre/post_block to pi_pre/post_block

Prepare to switch from preemption timer to hrtimer in the
vmx_pre/post_block. Current functions are only for posted interrupt,
rename them accordingly.

Signed-off-by: Yunhong Jiang <yunhong.jiang@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: support using the vmx preemption timer for tsc deadline timer

The VMX preemption timer can be used to virtualize the TSC deadline timer.
The VMX preemption timer is armed when the vCPU is running, and a VMExit
will happen if the virtual TSC deadline timer expires.

When the vCPU thread is blocked because of HLT, KVM will switch to use
an hrtimer, and then go back to the VMX preemption timer when the vCPU
thread is unblocked.

This solution avoids the complex OS's hrtimer system, and the host
timer interrupt handling cost, replacing them with a little math
(for guest->host TSC and host TSC->preemption timer conversion)
and a cheaper VMexit.  This benefits latency for isolated pCPUs.

[A word about performance... Yunhong reported a 30% reduction in average
 latency from cyclictest.  I made a similar test with tscdeadline_latency
 from kvm-unit-tests, and measured

 - ~20 clock cycles loss (out of ~3200, so less than 1% but still
   statistically significant) in the worst case where the test halts
   just after programming the TSC deadline timer

 - ~800 clock cycles gain (25% reduction in latency) in the best case
   where the test busy waits.

 I removed the VMX bits from Yunhong's patch, to concentrate them in the
 next patch - Paolo]

Signed-off-by: Yunhong Jiang <yunhong.jiang@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

kvm: lapic: separate start_sw_tscdeadline from start_apic_timer

The function to start the tsc deadline timer virtualization will be used
also by the pre_block hook when we use the preemption timer; change it
to a separate function. No logic changes.

Signed-off-by: Yunhong Jiang <yunhong.jiang@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: s390: use kvm->created_vcpus

The new created_vcpus field avoids possible races between enabling
capabilities and creating VCPUs.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: remove kvm_vcpu_compatible

The new created_vcpus field makes it possible to avoid the race between
irqchip and VCPU creation in a much nicer way; just check under kvm->lock
whether a VCPU has already been created.

We can then remove KVM_APIC_ARCHITECTURE too, because at this point the
symbol is only governing the default definition of kvm_vcpu_compatible.

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

KVM: introduce kvm->created_vcpus

The race between creating the irqchip and the first VCPU is
currently fixed by checking the presence of an irqchip before
updating kvm->online_vcpus, and undoing the whole VCPU creation
if someone created the irqchip in the meanwhile.

Instead, introduce a new field in struct kvm that will count VCPUs
under a mutex, without the atomic access and memory ordering that we
need elsewhere to protect the vcpus array.  This also plugs the race
and is more easily applicable in all similar circumstances.

Reviewed-by: Cornelia Huck <cornelia.huck@de.ibm.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

x86/kvm/svm: Simplify cpu_has_svm()

Use already cached CPUID information instead of querying CPUID again.

No functionality change.

Signed-off-by: Borislav Petkov <bp@suse.de>
Cc: Joerg Roedel <joro@8bytes.org>
Cc: kvm@vger.kernel.org
Cc: x86@kernel.org
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

MIPS: KVM: Use mipsregs.h defs for config registers

Convert MIPS KVM guest register state initialisation to use the standard
<asm/mipsregs.h> register field definitions for Config registers, and
drop the custom definitions in kvm_host.h which it was using before.

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

MIPS: KVM: Report more accurate CP0_Config fields to guest

Initialise the guest's CP0_Config register with a few more bits of
information from the host. The BE bit should be set on big endian
machines, the VI bit should be set on machines with a virtually tagged
instruction cache, and the reported architecture revision should match
that of the host (since we won't support emulating pre-r6 instruction
encodings on r6 or vice versa).

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

MIPS: Add define for Config.VI (virtual icache) bit

The Config.VI bit specifies that the instruction cache is virtually
tagged, which is checked in c-r4k.c's probe_pcache(). Add a proper
definition for it in mipsregs.h and make use of it.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Acked-by: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>