| .. _mmu_notifier: | 
|   | 
| When do you need to notify inside page table lock ? | 
| =================================================== | 
|   | 
| When clearing a pte/pmd we are given a choice to notify the event through | 
| (notify version of \*_clear_flush call mmu_notifier_invalidate_range) under | 
| the page table lock. But that notification is not necessary in all cases. | 
|   | 
| For secondary TLB (non CPU TLB) like IOMMU TLB or device TLB (when device use | 
| thing like ATS/PASID to get the IOMMU to walk the CPU page table to access a | 
| process virtual address space). There is only 2 cases when you need to notify | 
| those secondary TLB while holding page table lock when clearing a pte/pmd: | 
|   | 
|   A) page backing address is free before mmu_notifier_invalidate_range_end() | 
|   B) a page table entry is updated to point to a new page (COW, write fault | 
|      on zero page, __replace_page(), ...) | 
|   | 
| Case A is obvious you do not want to take the risk for the device to write to | 
| a page that might now be used by some completely different task. | 
|   | 
| Case B is more subtle. For correctness it requires the following sequence to | 
| happen: | 
|   | 
|   - take page table lock | 
|   - clear page table entry and notify ([pmd/pte]p_huge_clear_flush_notify()) | 
|   - set page table entry to point to new page | 
|   | 
| If clearing the page table entry is not followed by a notify before setting | 
| the new pte/pmd value then you can break memory model like C11 or C++11 for | 
| the device. | 
|   | 
| Consider the following scenario (device use a feature similar to ATS/PASID): | 
|   | 
| Two address addrA and addrB such that \|addrA - addrB\| >= PAGE_SIZE we assume | 
| they are write protected for COW (other case of B apply too). | 
|   | 
| :: | 
|   | 
|  [Time N] -------------------------------------------------------------------- | 
|  CPU-thread-0  {try to write to addrA} | 
|  CPU-thread-1  {try to write to addrB} | 
|  CPU-thread-2  {} | 
|  CPU-thread-3  {} | 
|  DEV-thread-0  {read addrA and populate device TLB} | 
|  DEV-thread-2  {read addrB and populate device TLB} | 
|  [Time N+1] ------------------------------------------------------------------ | 
|  CPU-thread-0  {COW_step0: {mmu_notifier_invalidate_range_start(addrA)}} | 
|  CPU-thread-1  {COW_step0: {mmu_notifier_invalidate_range_start(addrB)}} | 
|  CPU-thread-2  {} | 
|  CPU-thread-3  {} | 
|  DEV-thread-0  {} | 
|  DEV-thread-2  {} | 
|  [Time N+2] ------------------------------------------------------------------ | 
|  CPU-thread-0  {COW_step1: {update page table to point to new page for addrA}} | 
|  CPU-thread-1  {COW_step1: {update page table to point to new page for addrB}} | 
|  CPU-thread-2  {} | 
|  CPU-thread-3  {} | 
|  DEV-thread-0  {} | 
|  DEV-thread-2  {} | 
|  [Time N+3] ------------------------------------------------------------------ | 
|  CPU-thread-0  {preempted} | 
|  CPU-thread-1  {preempted} | 
|  CPU-thread-2  {write to addrA which is a write to new page} | 
|  CPU-thread-3  {} | 
|  DEV-thread-0  {} | 
|  DEV-thread-2  {} | 
|  [Time N+3] ------------------------------------------------------------------ | 
|  CPU-thread-0  {preempted} | 
|  CPU-thread-1  {preempted} | 
|  CPU-thread-2  {} | 
|  CPU-thread-3  {write to addrB which is a write to new page} | 
|  DEV-thread-0  {} | 
|  DEV-thread-2  {} | 
|  [Time N+4] ------------------------------------------------------------------ | 
|  CPU-thread-0  {preempted} | 
|  CPU-thread-1  {COW_step3: {mmu_notifier_invalidate_range_end(addrB)}} | 
|  CPU-thread-2  {} | 
|  CPU-thread-3  {} | 
|  DEV-thread-0  {} | 
|  DEV-thread-2  {} | 
|  [Time N+5] ------------------------------------------------------------------ | 
|  CPU-thread-0  {preempted} | 
|  CPU-thread-1  {} | 
|  CPU-thread-2  {} | 
|  CPU-thread-3  {} | 
|  DEV-thread-0  {read addrA from old page} | 
|  DEV-thread-2  {read addrB from new page} | 
|   | 
| So here because at time N+2 the clear page table entry was not pair with a | 
| notification to invalidate the secondary TLB, the device see the new value for | 
| addrB before seeing the new value for addrA. This break total memory ordering | 
| for the device. | 
|   | 
| When changing a pte to write protect or to point to a new write protected page | 
| with same content (KSM) it is fine to delay the mmu_notifier_invalidate_range | 
| call to mmu_notifier_invalidate_range_end() outside the page table lock. This | 
| is true even if the thread doing the page table update is preempted right after | 
| releasing page table lock but before call mmu_notifier_invalidate_range_end(). |