drm/nouveau/svm: initial support for shared virtual memory

This uses HMM to mirror a process' CPU page tables into a channel's page
tables, and keep them synchronised so that both the CPU and GPU are able
to access the same memory at the same virtual address.

While this code also supports Volta/Turing, it's only enabled for Pascal
GPUs currently due to channel recovery being unreliable right now on the
later GPUs.
Signed-off-by: Ben Skeggs <bskeggs@redhat.com>

drivers/gpu/drm/nouveau/Kbuild

@@ -30,6 +30,7 @@ nouveau-y += nouveau_vga.o
 # DRM - memory management
 nouveau-y += nouveau_bo.o
 nouveau-y += nouveau_gem.o
+nouveau-$(CONFIG_DRM_NOUVEAU_SVM) += nouveau_svm.o
 nouveau-y += nouveau_mem.o
 nouveau-y += nouveau_prime.o
 nouveau-y += nouveau_sgdma.o

drivers/gpu/drm/nouveau/Kconfig

@@ -71,3 +71,14 @@ config DRM_NOUVEAU_BACKLIGHT
 	help
 	  Say Y here if you want to control the backlight of your display
 	  (e.g. a laptop panel).
+
+config DRM_NOUVEAU_SVM
+	bool "(EXPERIMENTAL) Enable SVM (Shared Virtual Memory) support"
+	depends on ARCH_HAS_HMM
+	depends on DRM_NOUVEAU
+	depends on STAGING
+	select HMM_MIRROR
+	default n
+	help
+	  Say Y here if you want to enable experimental support for
+	  Shared Virtual Memory (SVM).

drivers/gpu/drm/nouveau/nouveau_chan.c

@@ -42,6 +42,7 @@
 #include "nouveau_fence.h"
 #include "nouveau_abi16.h"
 #include "nouveau_vmm.h"
+#include "nouveau_svm.h"
 
 MODULE_PARM_DESC(vram_pushbuf, "Create DMA push buffers in VRAM");
 int nouveau_vram_pushbuf;
@@ -95,6 +96,10 @@ nouveau_channel_del(struct nouveau_channel **pchan)
 
 		if (chan->fence)
 			nouveau_fence(chan->drm)->context_del(chan);
+
+		if (cli)
+			nouveau_svmm_part(chan->vmm->svmm, chan->inst);
+
 		nvif_object_fini(&chan->nvsw);
 		nvif_object_fini(&chan->gart);
 		nvif_object_fini(&chan->vram);
@@ -494,6 +499,10 @@ nouveau_channel_new(struct nouveau_drm *drm, struct nvif_device *device,
 		nouveau_channel_del(pchan);
 	}
 
+	ret = nouveau_svmm_join((*pchan)->vmm->svmm, (*pchan)->inst);
+	if (ret)
+		nouveau_channel_del(pchan);
+
 done:
 	cli->base.super = super;
 	return ret;

drivers/gpu/drm/nouveau/nouveau_drm.c

@@ -62,6 +62,7 @@
 #include "nouveau_usif.h"
 #include "nouveau_connector.h"
 #include "nouveau_platform.h"
+#include "nouveau_svm.h"
 
 MODULE_PARM_DESC(config, "option string to pass to driver core");
 static char *nouveau_config;
@@ -549,6 +550,7 @@ nouveau_drm_device_init(struct drm_device *dev)
 
 	nouveau_debugfs_init(drm);
 	nouveau_hwmon_init(dev);
+	nouveau_svm_init(drm);
 	nouveau_fbcon_init(dev);
 	nouveau_led_init(dev);
 
@@ -592,6 +594,7 @@ nouveau_drm_device_fini(struct drm_device *dev)
 
 	nouveau_led_fini(dev);
 	nouveau_fbcon_fini(dev);
+	nouveau_svm_fini(drm);
 	nouveau_hwmon_fini(dev);
 	nouveau_debugfs_fini(drm);
 
@@ -737,6 +740,7 @@ nouveau_do_suspend(struct drm_device *dev, bool runtime)
 	struct nouveau_drm *drm = nouveau_drm(dev);
 	int ret;
 
+	nouveau_svm_suspend(drm);
 	nouveau_led_suspend(dev);
 
 	if (dev->mode_config.num_crtc) {
@@ -813,7 +817,7 @@ nouveau_do_resume(struct drm_device *dev, bool runtime)
 	}
 
 	nouveau_led_resume(dev);
-
+	nouveau_svm_resume(drm);
 	return 0;
 }
 
@@ -1033,6 +1037,7 @@ nouveau_ioctls[] = {
 	DRM_IOCTL_DEF_DRV(NOUVEAU_GROBJ_ALLOC, nouveau_abi16_ioctl_grobj_alloc, DRM_AUTH|DRM_RENDER_ALLOW),
 	DRM_IOCTL_DEF_DRV(NOUVEAU_NOTIFIEROBJ_ALLOC, nouveau_abi16_ioctl_notifierobj_alloc, DRM_AUTH|DRM_RENDER_ALLOW),
 	DRM_IOCTL_DEF_DRV(NOUVEAU_GPUOBJ_FREE, nouveau_abi16_ioctl_gpuobj_free, DRM_AUTH|DRM_RENDER_ALLOW),
+	DRM_IOCTL_DEF_DRV(NOUVEAU_SVM_INIT, nouveau_svmm_init, DRM_AUTH|DRM_RENDER_ALLOW),
 	DRM_IOCTL_DEF_DRV(NOUVEAU_GEM_NEW, nouveau_gem_ioctl_new, DRM_AUTH|DRM_RENDER_ALLOW),
 	DRM_IOCTL_DEF_DRV(NOUVEAU_GEM_PUSHBUF, nouveau_gem_ioctl_pushbuf, DRM_AUTH|DRM_RENDER_ALLOW),
 	DRM_IOCTL_DEF_DRV(NOUVEAU_GEM_CPU_PREP, nouveau_gem_ioctl_cpu_prep, DRM_AUTH|DRM_RENDER_ALLOW),

drivers/gpu/drm/nouveau/nouveau_drv.h

@@ -210,6 +210,8 @@ struct nouveau_drm {
 	bool have_disp_power_ref;
 
 	struct dev_pm_domain vga_pm_domain;
+
+	struct nouveau_svm *svm;
 };
 
 static inline struct nouveau_drm *

drivers/gpu/drm/nouveau/nouveau_svm.h

+#ifndef __NOUVEAU_SVM_H__
+#define __NOUVEAU_SVM_H__
+#include <nvif/os.h>
+struct drm_device;
+struct drm_file;
+struct nouveau_drm;
+
+struct nouveau_svmm;
+
+#if IS_ENABLED(CONFIG_DRM_NOUVEAU_SVM)
+void nouveau_svm_init(struct nouveau_drm *);
+void nouveau_svm_fini(struct nouveau_drm *);
+void nouveau_svm_suspend(struct nouveau_drm *);
+void nouveau_svm_resume(struct nouveau_drm *);
+
+int nouveau_svmm_init(struct drm_device *, void *, struct drm_file *);
+void nouveau_svmm_fini(struct nouveau_svmm **);
+int nouveau_svmm_join(struct nouveau_svmm *, u64 inst);
+void nouveau_svmm_part(struct nouveau_svmm *, u64 inst);
+#else /* IS_ENABLED(CONFIG_DRM_NOUVEAU_SVM) */
+static inline void nouveau_svm_init(struct nouveau_drm *drm) {}
+static inline void nouveau_svm_fini(struct nouveau_drm *drm) {}
+static inline void nouveau_svm_suspend(struct nouveau_drm *drm) {}
+static inline void nouveau_svm_resume(struct nouveau_drm *drm) {}
+
+static inline int nouveau_svmm_init(struct drm_device *device, void *p,
+				    struct drm_file *file)
+{
+	return -ENOSYS;
+}
+
+static inline void nouveau_svmm_fini(struct nouveau_svmm **svmmp) {}
+
+static inline int nouveau_svmm_join(struct nouveau_svmm *svmm, u64 inst)
+{
+	return 0;
+}
+
+static inline void nouveau_svmm_part(struct nouveau_svmm *svmm, u64 inst) {}
+#endif /* IS_ENABLED(CONFIG_DRM_NOUVEAU_SVM) */
+#endif

drivers/gpu/drm/nouveau/nouveau_vmm.c

@@ -22,6 +22,7 @@
 #include "nouveau_vmm.h"
 #include "nouveau_drv.h"
 #include "nouveau_bo.h"
+#include "nouveau_svm.h"
 #include "nouveau_mem.h"
 
 void
@@ -119,6 +120,7 @@ nouveau_vma_new(struct nouveau_bo *nvbo, struct nouveau_vmm *vmm,
 void
 nouveau_vmm_fini(struct nouveau_vmm *vmm)
 {
+	nouveau_svmm_fini(&vmm->svmm);
 	nvif_vmm_fini(&vmm->vmm);
 	vmm->cli = NULL;
 }

drivers/gpu/drm/nouveau/nouveau_vmm.h

@@ -25,6 +25,7 @@ void nouveau_vma_unmap(struct nouveau_vma *);
 struct nouveau_vmm {
 	struct nouveau_cli *cli;
 	struct nvif_vmm vmm;
+	struct nouveau_svmm *svmm;
 };
 
 int nouveau_vmm_init(struct nouveau_cli *, s32 oclass, struct nouveau_vmm *);

include/uapi/drm/nouveau_drm.h

@@ -133,12 +133,20 @@ struct drm_nouveau_gem_cpu_fini {
 #define DRM_NOUVEAU_NOTIFIEROBJ_ALLOC  0x05 /* deprecated */
 #define DRM_NOUVEAU_GPUOBJ_FREE        0x06 /* deprecated */
 #define DRM_NOUVEAU_NVIF               0x07
+#define DRM_NOUVEAU_SVM_INIT           0x08
 #define DRM_NOUVEAU_GEM_NEW            0x40
 #define DRM_NOUVEAU_GEM_PUSHBUF        0x41
 #define DRM_NOUVEAU_GEM_CPU_PREP       0x42
 #define DRM_NOUVEAU_GEM_CPU_FINI       0x43
 #define DRM_NOUVEAU_GEM_INFO           0x44
 
+struct drm_nouveau_svm_init {
+	__u64 unmanaged_addr;
+	__u64 unmanaged_size;
+};
+
+#define DRM_IOCTL_NOUVEAU_SVM_INIT           DRM_IOWR(DRM_COMMAND_BASE + DRM_NOUVEAU_SVM_INIT, struct drm_nouveau_svm_init)
+
 #define DRM_IOCTL_NOUVEAU_GEM_NEW            DRM_IOWR(DRM_COMMAND_BASE + DRM_NOUVEAU_GEM_NEW, struct drm_nouveau_gem_new)
 #define DRM_IOCTL_NOUVEAU_GEM_PUSHBUF        DRM_IOWR(DRM_COMMAND_BASE + DRM_NOUVEAU_GEM_PUSHBUF, struct drm_nouveau_gem_pushbuf)
 #define DRM_IOCTL_NOUVEAU_GEM_CPU_PREP       DRM_IOW (DRM_COMMAND_BASE + DRM_NOUVEAU_GEM_CPU_PREP, struct drm_nouveau_gem_cpu_prep)