Documentation/driver-api/dma-buf.rst

   1 Buffer Sharing and Synchronization
   2 ==================================
   3
   4 The dma-buf subsystem provides the framework for sharing buffers for
   5 hardware (DMA) access across multiple device drivers and subsystems, and
   6 for synchronizing asynchronous hardware access.
   7
   8 This is used, for example, by drm "prime" multi-GPU support, but is of
   9 course not limited to GPU use cases.
  10
  11 The three main components of this are: (1) dma-buf, representing a
  12 sg_table and exposed to userspace as a file descriptor to allow passing
  13 between devices, (2) fence, which provides a mechanism to signal when
  14 one device as finished access, and (3) reservation, which manages the
  15 shared or exclusive fence(s) associated with the buffer.
  16
  17 Shared DMA Buffers
  18 ------------------
  19
  20 This document serves as a guide to device-driver writers on what is the dma-buf
  21 buffer sharing API, how to use it for exporting and using shared buffers.
  22
  23 Any device driver which wishes to be a part of DMA buffer sharing, can do so as
  24 either the 'exporter' of buffers, or the 'user' or 'importer' of buffers.
  25
  26 Say a driver A wants to use buffers created by driver B, then we call B as the
  27 exporter, and A as buffer-user/importer.
  28
  29 The exporter
  30
  31  - implements and manages operations in :c:type:`struct dma_buf_ops
  32    <dma_buf_ops>` for the buffer,
  33  - allows other users to share the buffer by using dma_buf sharing APIs,
  34  - manages the details of buffer allocation, wrapped int a :c:type:`struct
  35    dma_buf <dma_buf>`,
  36  - decides about the actual backing storage where this allocation happens,
  37  - and takes care of any migration of scatterlist - for all (shared) users of
  38    this buffer.
  39
  40 The buffer-user
  41
  42  - is one of (many) sharing users of the buffer.
  43  - doesn't need to worry about how the buffer is allocated, or where.
  44  - and needs a mechanism to get access to the scatterlist that makes up this
  45    buffer in memory, mapped into its own address space, so it can access the
  46    same area of memory. This interface is provided by :c:type:`struct
  47    dma_buf_attachment <dma_buf_attachment>`.
  48
  49 Any exporters or users of the dma-buf buffer sharing framework must have a
  50 'select DMA_SHARED_BUFFER' in their respective Kconfigs.
  51
  52 Userspace Interface Notes
  53 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  54
  55 Mostly a DMA buffer file descriptor is simply an opaque object for userspace,
  56 and hence the generic interface exposed is very minimal. There's a few things to
  57 consider though:
  58
  59 - Since kernel 3.12 the dma-buf FD supports the llseek system call, but only
  60   with offset=0 and whence=SEEK_END|SEEK_SET. SEEK_SET is supported to allow
  61   the usual size discover pattern size = SEEK_END(0); SEEK_SET(0). Every other
  62   llseek operation will report -EINVAL.
  63
  64   If llseek on dma-buf FDs isn't support the kernel will report -ESPIPE for all
  65   cases. Userspace can use this to detect support for discovering the dma-buf
  66   size using llseek.
  67
  68 - In order to avoid fd leaks on exec, the FD_CLOEXEC flag must be set
  69   on the file descriptor.  This is not just a resource leak, but a
  70   potential security hole.  It could give the newly exec'd application
  71   access to buffers, via the leaked fd, to which it should otherwise
  72   not be permitted access.
  73
  74   The problem with doing this via a separate fcntl() call, versus doing it
  75   atomically when the fd is created, is that this is inherently racy in a
  76   multi-threaded app[3].  The issue is made worse when it is library code
  77   opening/creating the file descriptor, as the application may not even be
  78   aware of the fd's.
  79
  80   To avoid this problem, userspace must have a way to request O_CLOEXEC
  81   flag be set when the dma-buf fd is created.  So any API provided by
  82   the exporting driver to create a dmabuf fd must provide a way to let
  83   userspace control setting of O_CLOEXEC flag passed in to dma_buf_fd().
  84
  85 - Memory mapping the contents of the DMA buffer is also supported. See the
  86   discussion below on `CPU Access to DMA Buffer Objects`_ for the full details.
  87
  88 - The DMA buffer FD is also pollable, see `Fence Poll Support`_ below for
  89   details.
  90
  91 Basic Operation and Device DMA Access
  92 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  93
  94 .. kernel-doc:: drivers/dma-buf/dma-buf.c
  95    :doc: dma buf device access
  96
  97 CPU Access to DMA Buffer Objects
  98 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  99
 100 .. kernel-doc:: drivers/dma-buf/dma-buf.c
 101    :doc: cpu access
 102
 103 Fence Poll Support
 104 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 105
 106 .. kernel-doc:: drivers/dma-buf/dma-buf.c
 107    :doc: fence polling
 108
 109 Kernel Functions and Structures Reference
 110 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 111
 112 .. kernel-doc:: drivers/dma-buf/dma-buf.c
 113    :export:
 114
 115 .. kernel-doc:: include/linux/dma-buf.h
 116    :internal:
 117
 118 Reservation Objects
 119 -------------------
 120
 121 .. kernel-doc:: drivers/dma-buf/reservation.c
 122    :doc: Reservation Object Overview
 123
 124 .. kernel-doc:: drivers/dma-buf/reservation.c
 125    :export:
 126
 127 .. kernel-doc:: include/linux/reservation.h
 128    :internal:
 129
 130 DMA Fences
 131 ----------
 132
 133 .. kernel-doc:: drivers/dma-buf/dma-fence.c
 134    :export:
 135
 136 .. kernel-doc:: include/linux/dma-fence.h
 137    :internal:
 138
 139 Seqno Hardware Fences
 140 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 141
 142 .. kernel-doc:: drivers/dma-buf/seqno-fence.c
 143    :export:
 144
 145 .. kernel-doc:: include/linux/seqno-fence.h
 146    :internal:
 147
 148 DMA Fence Array
 149 ~~~~~~~~~~~~~~~
 150
 151 .. kernel-doc:: drivers/dma-buf/dma-fence-array.c
 152    :export:
 153
 154 .. kernel-doc:: include/linux/dma-fence-array.h
 155    :internal:
 156
 157 DMA Fence uABI/Sync File
 158 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 159
 160 .. kernel-doc:: drivers/dma-buf/sync_file.c
 161    :export:
 162
 163 .. kernel-doc:: include/linux/sync_file.h
 164    :internal:
 165