61d9e34af5a6c665e5c4cb5fc78dd4d9a31f8290
[linux-2.6.git] / arch / i386 / mm / fault.c
1 /*
2  *  linux/arch/i386/mm/fault.c
3  *
4  *  Copyright (C) 1995  Linus Torvalds
5  */
6
7 #include <linux/signal.h>
8 #include <linux/sched.h>
9 #include <linux/kernel.h>
10 #include <linux/errno.h>
11 #include <linux/string.h>
12 #include <linux/types.h>
13 #include <linux/ptrace.h>
14 #include <linux/mman.h>
15 #include <linux/mm.h>
16 #include <linux/smp.h>
17 #include <linux/smp_lock.h>
18 #include <linux/interrupt.h>
19 #include <linux/init.h>
20 #include <linux/tty.h>
21 #include <linux/vt_kern.h>              /* For unblank_screen() */
22 #include <linux/highmem.h>
23 #include <linux/module.h>
24
25 #include <asm/system.h>
26 #include <asm/uaccess.h>
27 #include <asm/desc.h>
28 #include <asm/kdebug.h>
29
30 extern void die(const char *,struct pt_regs *,long);
31
32 /*
33  * Unlock any spinlocks which will prevent us from getting the
34  * message out 
35  */
36 void bust_spinlocks(int yes)
37 {
38         int loglevel_save = console_loglevel;
39
40         if (yes) {
41                 oops_in_progress = 1;
42                 return;
43         }
44 #ifdef CONFIG_VT
45         unblank_screen();
46 #endif
47         oops_in_progress = 0;
48         /*
49          * OK, the message is on the console.  Now we call printk()
50          * without oops_in_progress set so that printk will give klogd
51          * a poke.  Hold onto your hats...
52          */
53         console_loglevel = 15;          /* NMI oopser may have shut the console up */
54         printk(" ");
55         console_loglevel = loglevel_save;
56 }
57
58 /*
59  * Return EIP plus the CS segment base.  The segment limit is also
60  * adjusted, clamped to the kernel/user address space (whichever is
61  * appropriate), and returned in *eip_limit.
62  *
63  * The segment is checked, because it might have been changed by another
64  * task between the original faulting instruction and here.
65  *
66  * If CS is no longer a valid code segment, or if EIP is beyond the
67  * limit, or if it is a kernel address when CS is not a kernel segment,
68  * then the returned value will be greater than *eip_limit.
69  * 
70  * This is slow, but is very rarely executed.
71  */
72 static inline unsigned long get_segment_eip(struct pt_regs *regs,
73                                             unsigned long *eip_limit)
74 {
75         unsigned long eip = regs->eip;
76         unsigned seg = regs->xcs & 0xffff;
77         u32 seg_ar, seg_limit, base, *desc;
78
79         /* The standard kernel/user address space limit. */
80         *eip_limit = (seg & 3) ? USER_DS.seg : KERNEL_DS.seg;
81
82         /* Unlikely, but must come before segment checks. */
83         if (unlikely((regs->eflags & VM_MASK) != 0))
84                 return eip + (seg << 4);
85         
86         /* By far the most common cases. */
87         if (likely(seg == __USER_CS || seg == __KERNEL_CS))
88                 return eip;
89
90         /* Check the segment exists, is within the current LDT/GDT size,
91            that kernel/user (ring 0..3) has the appropriate privilege,
92            that it's a code segment, and get the limit. */
93         __asm__ ("larl %3,%0; lsll %3,%1"
94                  : "=&r" (seg_ar), "=r" (seg_limit) : "0" (0), "rm" (seg));
95         if ((~seg_ar & 0x9800) || eip > seg_limit) {
96                 *eip_limit = 0;
97                 return 1;        /* So that returned eip > *eip_limit. */
98         }
99
100         /* Get the GDT/LDT descriptor base. 
101            When you look for races in this code remember that
102            LDT and other horrors are only used in user space. */
103         if (seg & (1<<2)) {
104                 /* Must lock the LDT while reading it. */
105                 down(&current->mm->context.sem);
106                 desc = current->mm->context.ldt;
107                 desc = (void *)desc + (seg & ~7);
108         } else {
109                 /* Must disable preemption while reading the GDT. */
110                 desc = (u32 *)&per_cpu(cpu_gdt_table, get_cpu());
111                 desc = (void *)desc + (seg & ~7);
112         }
113
114         /* Decode the code segment base from the descriptor */
115         base = get_desc_base((unsigned long *)desc);
116
117         if (seg & (1<<2)) { 
118                 up(&current->mm->context.sem);
119         } else
120                 put_cpu();
121
122         /* Adjust EIP and segment limit, and clamp at the kernel limit.
123            It's legitimate for segments to wrap at 0xffffffff. */
124         seg_limit += base;
125         if (seg_limit < *eip_limit && seg_limit >= base)
126                 *eip_limit = seg_limit;
127         return eip + base;
128 }
129
130 /* 
131  * Sometimes AMD Athlon/Opteron CPUs report invalid exceptions on prefetch.
132  * Check that here and ignore it.
133  */
134 static int __is_prefetch(struct pt_regs *regs, unsigned long addr)
135
136         unsigned long limit;
137         unsigned long instr = get_segment_eip (regs, &limit);
138         int scan_more = 1;
139         int prefetch = 0; 
140         int i;
141
142         for (i = 0; scan_more && i < 15; i++) { 
143                 unsigned char opcode;
144                 unsigned char instr_hi;
145                 unsigned char instr_lo;
146
147                 if (instr > limit)
148                         break;
149                 if (__get_user(opcode, (unsigned char __user *) instr))
150                         break; 
151
152                 instr_hi = opcode & 0xf0; 
153                 instr_lo = opcode & 0x0f; 
154                 instr++;
155
156                 switch (instr_hi) { 
157                 case 0x20:
158                 case 0x30:
159                         /* Values 0x26,0x2E,0x36,0x3E are valid x86 prefixes. */
160                         scan_more = ((instr_lo & 7) == 0x6);
161                         break;
162                         
163                 case 0x60:
164                         /* 0x64 thru 0x67 are valid prefixes in all modes. */
165                         scan_more = (instr_lo & 0xC) == 0x4;
166                         break;          
167                 case 0xF0:
168                         /* 0xF0, 0xF2, and 0xF3 are valid prefixes */
169                         scan_more = !instr_lo || (instr_lo>>1) == 1;
170                         break;                  
171                 case 0x00:
172                         /* Prefetch instruction is 0x0F0D or 0x0F18 */
173                         scan_more = 0;
174                         if (instr > limit)
175                                 break;
176                         if (__get_user(opcode, (unsigned char __user *) instr))
177                                 break;
178                         prefetch = (instr_lo == 0xF) &&
179                                 (opcode == 0x0D || opcode == 0x18);
180                         break;                  
181                 default:
182                         scan_more = 0;
183                         break;
184                 } 
185         }
186         return prefetch;
187 }
188
189 static inline int is_prefetch(struct pt_regs *regs, unsigned long addr,
190                               unsigned long error_code)
191 {
192         if (unlikely(boot_cpu_data.x86_vendor == X86_VENDOR_AMD &&
193                      boot_cpu_data.x86 >= 6)) {
194                 /* Catch an obscure case of prefetch inside an NX page. */
195                 if (nx_enabled && (error_code & 16))
196                         return 0;
197                 return __is_prefetch(regs, addr);
198         }
199         return 0;
200
201
202 static noinline void force_sig_info_fault(int si_signo, int si_code,
203         unsigned long address, struct task_struct *tsk)
204 {
205         siginfo_t info;
206
207         info.si_signo = si_signo;
208         info.si_errno = 0;
209         info.si_code = si_code;
210         info.si_addr = (void __user *)address;
211         force_sig_info(si_signo, &info, tsk);
212 }
213
214 fastcall void do_invalid_op(struct pt_regs *, unsigned long);
215
216 /*
217  * This routine handles page faults.  It determines the address,
218  * and the problem, and then passes it off to one of the appropriate
219  * routines.
220  *
221  * error_code:
222  *      bit 0 == 0 means no page found, 1 means protection fault
223  *      bit 1 == 0 means read, 1 means write
224  *      bit 2 == 0 means kernel, 1 means user-mode
225  */
226 fastcall void do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
227 {
228         struct task_struct *tsk;
229         struct mm_struct *mm;
230         struct vm_area_struct * vma;
231         unsigned long address;
232         unsigned long page;
233         int write, si_code;
234
235         /* get the address */
236         __asm__("movl %%cr2,%0":"=r" (address));
237
238         if (notify_die(DIE_PAGE_FAULT, "page fault", regs, error_code, 14,
239                                         SIGSEGV) == NOTIFY_STOP)
240                 return;
241         /* It's safe to allow irq's after cr2 has been saved */
242         if (regs->eflags & (X86_EFLAGS_IF|VM_MASK))
243                 local_irq_enable();
244
245         tsk = current;
246
247         si_code = SEGV_MAPERR;
248
249         /*
250          * We fault-in kernel-space virtual memory on-demand. The
251          * 'reference' page table is init_mm.pgd.
252          *
253          * NOTE! We MUST NOT take any locks for this case. We may
254          * be in an interrupt or a critical region, and should
255          * only copy the information from the master page table,
256          * nothing more.
257          *
258          * This verifies that the fault happens in kernel space
259          * (error_code & 4) == 0, and that the fault was not a
260          * protection error (error_code & 1) == 0.
261          */
262         if (unlikely(address >= TASK_SIZE)) { 
263                 if (!(error_code & 5))
264                         goto vmalloc_fault;
265                 /* 
266                  * Don't take the mm semaphore here. If we fixup a prefetch
267                  * fault we could otherwise deadlock.
268                  */
269                 goto bad_area_nosemaphore;
270         } 
271
272         mm = tsk->mm;
273
274         /*
275          * If we're in an interrupt, have no user context or are running in an
276          * atomic region then we must not take the fault..
277          */
278         if (in_atomic() || !mm)
279                 goto bad_area_nosemaphore;
280
281         /* When running in the kernel we expect faults to occur only to
282          * addresses in user space.  All other faults represent errors in the
283          * kernel and should generate an OOPS.  Unfortunatly, in the case of an
284          * erroneous fault occuring in a code path which already holds mmap_sem
285          * we will deadlock attempting to validate the fault against the
286          * address space.  Luckily the kernel only validly references user
287          * space from well defined areas of code, which are listed in the
288          * exceptions table.
289          *
290          * As the vast majority of faults will be valid we will only perform
291          * the source reference check when there is a possibilty of a deadlock.
292          * Attempt to lock the address space, if we cannot we then validate the
293          * source.  If this is invalid we can skip the address space check,
294          * thus avoiding the deadlock.
295          */
296         if (!down_read_trylock(&mm->mmap_sem)) {
297                 if ((error_code & 4) == 0 &&
298                     !search_exception_tables(regs->eip))
299                         goto bad_area_nosemaphore;
300                 down_read(&mm->mmap_sem);
301         }
302
303         vma = find_vma(mm, address);
304         if (!vma)
305                 goto bad_area;
306         if (vma->vm_start <= address)
307                 goto good_area;
308         if (!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN))
309                 goto bad_area;
310         if (error_code & 4) {
311                 /*
312                  * accessing the stack below %esp is always a bug.
313                  * The "+ 32" is there due to some instructions (like
314                  * pusha) doing post-decrement on the stack and that
315                  * doesn't show up until later..
316                  */
317                 if (address + 32 < regs->esp)
318                         goto bad_area;
319         }
320         if (expand_stack(vma, address))
321                 goto bad_area;
322 /*
323  * Ok, we have a good vm_area for this memory access, so
324  * we can handle it..
325  */
326 good_area:
327         si_code = SEGV_ACCERR;
328         write = 0;
329         switch (error_code & 3) {
330                 default:        /* 3: write, present */
331 #ifdef TEST_VERIFY_AREA
332                         if (regs->cs == KERNEL_CS)
333                                 printk("WP fault at %08lx\n", regs->eip);
334 #endif
335                         /* fall through */
336                 case 2:         /* write, not present */
337                         if (!(vma->vm_flags & VM_WRITE))
338                                 goto bad_area;
339                         write++;
340                         break;
341                 case 1:         /* read, present */
342                         goto bad_area;
343                 case 0:         /* read, not present */
344                         if (!(vma->vm_flags & (VM_READ | VM_EXEC)))
345                                 goto bad_area;
346         }
347
348  survive:
349         /*
350          * If for any reason at all we couldn't handle the fault,
351          * make sure we exit gracefully rather than endlessly redo
352          * the fault.
353          */
354         switch (handle_mm_fault(mm, vma, address, write)) {
355                 case VM_FAULT_MINOR:
356                         tsk->min_flt++;
357                         break;
358                 case VM_FAULT_MAJOR:
359                         tsk->maj_flt++;
360                         break;
361                 case VM_FAULT_SIGBUS:
362                         goto do_sigbus;
363                 case VM_FAULT_OOM:
364                         goto out_of_memory;
365                 default:
366                         BUG();
367         }
368
369         /*
370          * Did it hit the DOS screen memory VA from vm86 mode?
371          */
372         if (regs->eflags & VM_MASK) {
373                 unsigned long bit = (address - 0xA0000) >> PAGE_SHIFT;
374                 if (bit < 32)
375                         tsk->thread.screen_bitmap |= 1 << bit;
376         }
377         up_read(&mm->mmap_sem);
378         return;
379
380 /*
381  * Something tried to access memory that isn't in our memory map..
382  * Fix it, but check if it's kernel or user first..
383  */
384 bad_area:
385         up_read(&mm->mmap_sem);
386
387 bad_area_nosemaphore:
388         /* User mode accesses just cause a SIGSEGV */
389         if (error_code & 4) {
390                 /* 
391                  * Valid to do another page fault here because this one came 
392                  * from user space.
393                  */
394                 if (is_prefetch(regs, address, error_code))
395                         return;
396
397                 tsk->thread.cr2 = address;
398                 /* Kernel addresses are always protection faults */
399                 tsk->thread.error_code = error_code | (address >= TASK_SIZE);
400                 tsk->thread.trap_no = 14;
401                 force_sig_info_fault(SIGSEGV, si_code, address, tsk);
402                 return;
403         }
404
405 #ifdef CONFIG_X86_F00F_BUG
406         /*
407          * Pentium F0 0F C7 C8 bug workaround.
408          */
409         if (boot_cpu_data.f00f_bug) {
410                 unsigned long nr;
411                 
412                 nr = (address - idt_descr.address) >> 3;
413
414                 if (nr == 6) {
415                         do_invalid_op(regs, 0);
416                         return;
417                 }
418         }
419 #endif
420
421 no_context:
422         /* Are we prepared to handle this kernel fault?  */
423         if (fixup_exception(regs))
424                 return;
425
426         /* 
427          * Valid to do another page fault here, because if this fault
428          * had been triggered by is_prefetch fixup_exception would have 
429          * handled it.
430          */
431         if (is_prefetch(regs, address, error_code))
432                 return;
433
434 /*
435  * Oops. The kernel tried to access some bad page. We'll have to
436  * terminate things with extreme prejudice.
437  */
438
439         bust_spinlocks(1);
440
441 #ifdef CONFIG_X86_PAE
442         if (error_code & 16) {
443                 pte_t *pte = lookup_address(address);
444
445                 if (pte && pte_present(*pte) && !pte_exec_kernel(*pte))
446                         printk(KERN_CRIT "kernel tried to execute NX-protected page - exploit attempt? (uid: %d)\n", current->uid);
447         }
448 #endif
449         if (address < PAGE_SIZE)
450                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel NULL pointer dereference");
451         else
452                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel paging request");
453         printk(" at virtual address %08lx\n",address);
454         printk(KERN_ALERT " printing eip:\n");
455         printk("%08lx\n", regs->eip);
456         asm("movl %%cr3,%0":"=r" (page));
457         page = ((unsigned long *) __va(page))[address >> 22];
458         printk(KERN_ALERT "*pde = %08lx\n", page);
459         /*
460          * We must not directly access the pte in the highpte
461          * case, the page table might be allocated in highmem.
462          * And lets rather not kmap-atomic the pte, just in case
463          * it's allocated already.
464          */
465 #ifndef CONFIG_HIGHPTE
466         if (page & 1) {
467                 page &= PAGE_MASK;
468                 address &= 0x003ff000;
469                 page = ((unsigned long *) __va(page))[address >> PAGE_SHIFT];
470                 printk(KERN_ALERT "*pte = %08lx\n", page);
471         }
472 #endif
473         tsk->thread.cr2 = address;
474         tsk->thread.trap_no = 14;
475         tsk->thread.error_code = error_code;
476         die("Oops", regs, error_code);
477         bust_spinlocks(0);
478         do_exit(SIGKILL);
479
480 /*
481  * We ran out of memory, or some other thing happened to us that made
482  * us unable to handle the page fault gracefully.
483  */
484 out_of_memory:
485         up_read(&mm->mmap_sem);
486         if (tsk->pid == 1) {
487                 yield();
488                 down_read(&mm->mmap_sem);
489                 goto survive;
490         }
491         printk("VM: killing process %s\n", tsk->comm);
492         if (error_code & 4)
493                 do_exit(SIGKILL);
494         goto no_context;
495
496 do_sigbus:
497         up_read(&mm->mmap_sem);
498
499         /* Kernel mode? Handle exceptions or die */
500         if (!(error_code & 4))
501                 goto no_context;
502
503         /* User space => ok to do another page fault */
504         if (is_prefetch(regs, address, error_code))
505                 return;
506
507         tsk->thread.cr2 = address;
508         tsk->thread.error_code = error_code;
509         tsk->thread.trap_no = 14;
510         force_sig_info_fault(SIGBUS, BUS_ADRERR, address, tsk);
511         return;
512
513 vmalloc_fault:
514         {
515                 /*
516                  * Synchronize this task's top level page-table
517                  * with the 'reference' page table.
518                  *
519                  * Do _not_ use "tsk" here. We might be inside
520                  * an interrupt in the middle of a task switch..
521                  */
522                 int index = pgd_index(address);
523                 unsigned long pgd_paddr;
524                 pgd_t *pgd, *pgd_k;
525                 pud_t *pud, *pud_k;
526                 pmd_t *pmd, *pmd_k;
527                 pte_t *pte_k;
528
529                 asm("movl %%cr3,%0":"=r" (pgd_paddr));
530                 pgd = index + (pgd_t *)__va(pgd_paddr);
531                 pgd_k = init_mm.pgd + index;
532
533                 if (!pgd_present(*pgd_k))
534                         goto no_context;
535
536                 /*
537                  * set_pgd(pgd, *pgd_k); here would be useless on PAE
538                  * and redundant with the set_pmd() on non-PAE. As would
539                  * set_pud.
540                  */
541
542                 pud = pud_offset(pgd, address);
543                 pud_k = pud_offset(pgd_k, address);
544                 if (!pud_present(*pud_k))
545                         goto no_context;
546                 
547                 pmd = pmd_offset(pud, address);
548                 pmd_k = pmd_offset(pud_k, address);
549                 if (!pmd_present(*pmd_k))
550                         goto no_context;
551                 set_pmd(pmd, *pmd_k);
552
553                 pte_k = pte_offset_kernel(pmd_k, address);
554                 if (!pte_present(*pte_k))
555                         goto no_context;
556                 return;
557         }
558 }