6ee7faaf2c1bc4e19411ad825687fa7ce6921082
[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 #include <linux/kprobes.h>
25
26 #include <asm/system.h>
27 #include <asm/uaccess.h>
28 #include <asm/desc.h>
29 #include <asm/kdebug.h>
30
31 extern void die(const char *,struct pt_regs *,long);
32
33 #ifdef CONFIG_KPROBES
34 ATOMIC_NOTIFIER_HEAD(notify_page_fault_chain);
35 int register_page_fault_notifier(struct notifier_block *nb)
36 {
37         vmalloc_sync_all();
38         return atomic_notifier_chain_register(&notify_page_fault_chain, nb);
39 }
40
41 int unregister_page_fault_notifier(struct notifier_block *nb)
42 {
43         return atomic_notifier_chain_unregister(&notify_page_fault_chain, nb);
44 }
45
46 static inline int notify_page_fault(enum die_val val, const char *str,
47                         struct pt_regs *regs, long err, int trap, int sig)
48 {
49         struct die_args args = {
50                 .regs = regs,
51                 .str = str,
52                 .err = err,
53                 .trapnr = trap,
54                 .signr = sig
55         };
56         return atomic_notifier_call_chain(&notify_page_fault_chain, val, &args);
57 }
58 #else
59 static inline int notify_page_fault(enum die_val val, const char *str,
60                         struct pt_regs *regs, long err, int trap, int sig)
61 {
62         return NOTIFY_DONE;
63 }
64 #endif
65
66
67 /*
68  * Unlock any spinlocks which will prevent us from getting the
69  * message out 
70  */
71 void bust_spinlocks(int yes)
72 {
73         int loglevel_save = console_loglevel;
74
75         if (yes) {
76                 oops_in_progress = 1;
77                 return;
78         }
79 #ifdef CONFIG_VT
80         unblank_screen();
81 #endif
82         oops_in_progress = 0;
83         /*
84          * OK, the message is on the console.  Now we call printk()
85          * without oops_in_progress set so that printk will give klogd
86          * a poke.  Hold onto your hats...
87          */
88         console_loglevel = 15;          /* NMI oopser may have shut the console up */
89         printk(" ");
90         console_loglevel = loglevel_save;
91 }
92
93 /*
94  * Return EIP plus the CS segment base.  The segment limit is also
95  * adjusted, clamped to the kernel/user address space (whichever is
96  * appropriate), and returned in *eip_limit.
97  *
98  * The segment is checked, because it might have been changed by another
99  * task between the original faulting instruction and here.
100  *
101  * If CS is no longer a valid code segment, or if EIP is beyond the
102  * limit, or if it is a kernel address when CS is not a kernel segment,
103  * then the returned value will be greater than *eip_limit.
104  * 
105  * This is slow, but is very rarely executed.
106  */
107 static inline unsigned long get_segment_eip(struct pt_regs *regs,
108                                             unsigned long *eip_limit)
109 {
110         unsigned long eip = regs->eip;
111         unsigned seg = regs->xcs & 0xffff;
112         u32 seg_ar, seg_limit, base, *desc;
113
114         /* Unlikely, but must come before segment checks. */
115         if (unlikely(regs->eflags & VM_MASK)) {
116                 base = seg << 4;
117                 *eip_limit = base + 0xffff;
118                 return base + (eip & 0xffff);
119         }
120
121         /* The standard kernel/user address space limit. */
122         *eip_limit = (seg & 3) ? USER_DS.seg : KERNEL_DS.seg;
123         
124         /* By far the most common cases. */
125         if (likely(seg == __USER_CS || seg == __KERNEL_CS))
126                 return eip;
127
128         /* Check the segment exists, is within the current LDT/GDT size,
129            that kernel/user (ring 0..3) has the appropriate privilege,
130            that it's a code segment, and get the limit. */
131         __asm__ ("larl %3,%0; lsll %3,%1"
132                  : "=&r" (seg_ar), "=r" (seg_limit) : "0" (0), "rm" (seg));
133         if ((~seg_ar & 0x9800) || eip > seg_limit) {
134                 *eip_limit = 0;
135                 return 1;        /* So that returned eip > *eip_limit. */
136         }
137
138         /* Get the GDT/LDT descriptor base. 
139            When you look for races in this code remember that
140            LDT and other horrors are only used in user space. */
141         if (seg & (1<<2)) {
142                 /* Must lock the LDT while reading it. */
143                 down(&current->mm->context.sem);
144                 desc = current->mm->context.ldt;
145                 desc = (void *)desc + (seg & ~7);
146         } else {
147                 /* Must disable preemption while reading the GDT. */
148                 desc = (u32 *)get_cpu_gdt_table(get_cpu());
149                 desc = (void *)desc + (seg & ~7);
150         }
151
152         /* Decode the code segment base from the descriptor */
153         base = get_desc_base((unsigned long *)desc);
154
155         if (seg & (1<<2)) { 
156                 up(&current->mm->context.sem);
157         } else
158                 put_cpu();
159
160         /* Adjust EIP and segment limit, and clamp at the kernel limit.
161            It's legitimate for segments to wrap at 0xffffffff. */
162         seg_limit += base;
163         if (seg_limit < *eip_limit && seg_limit >= base)
164                 *eip_limit = seg_limit;
165         return eip + base;
166 }
167
168 /* 
169  * Sometimes AMD Athlon/Opteron CPUs report invalid exceptions on prefetch.
170  * Check that here and ignore it.
171  */
172 static int __is_prefetch(struct pt_regs *regs, unsigned long addr)
173
174         unsigned long limit;
175         unsigned long instr = get_segment_eip (regs, &limit);
176         int scan_more = 1;
177         int prefetch = 0; 
178         int i;
179
180         for (i = 0; scan_more && i < 15; i++) { 
181                 unsigned char opcode;
182                 unsigned char instr_hi;
183                 unsigned char instr_lo;
184
185                 if (instr > limit)
186                         break;
187                 if (__get_user(opcode, (unsigned char __user *) instr))
188                         break; 
189
190                 instr_hi = opcode & 0xf0; 
191                 instr_lo = opcode & 0x0f; 
192                 instr++;
193
194                 switch (instr_hi) { 
195                 case 0x20:
196                 case 0x30:
197                         /* Values 0x26,0x2E,0x36,0x3E are valid x86 prefixes. */
198                         scan_more = ((instr_lo & 7) == 0x6);
199                         break;
200                         
201                 case 0x60:
202                         /* 0x64 thru 0x67 are valid prefixes in all modes. */
203                         scan_more = (instr_lo & 0xC) == 0x4;
204                         break;          
205                 case 0xF0:
206                         /* 0xF0, 0xF2, and 0xF3 are valid prefixes */
207                         scan_more = !instr_lo || (instr_lo>>1) == 1;
208                         break;                  
209                 case 0x00:
210                         /* Prefetch instruction is 0x0F0D or 0x0F18 */
211                         scan_more = 0;
212                         if (instr > limit)
213                                 break;
214                         if (__get_user(opcode, (unsigned char __user *) instr))
215                                 break;
216                         prefetch = (instr_lo == 0xF) &&
217                                 (opcode == 0x0D || opcode == 0x18);
218                         break;                  
219                 default:
220                         scan_more = 0;
221                         break;
222                 } 
223         }
224         return prefetch;
225 }
226
227 static inline int is_prefetch(struct pt_regs *regs, unsigned long addr,
228                               unsigned long error_code)
229 {
230         if (unlikely(boot_cpu_data.x86_vendor == X86_VENDOR_AMD &&
231                      boot_cpu_data.x86 >= 6)) {
232                 /* Catch an obscure case of prefetch inside an NX page. */
233                 if (nx_enabled && (error_code & 16))
234                         return 0;
235                 return __is_prefetch(regs, addr);
236         }
237         return 0;
238
239
240 static noinline void force_sig_info_fault(int si_signo, int si_code,
241         unsigned long address, struct task_struct *tsk)
242 {
243         siginfo_t info;
244
245         info.si_signo = si_signo;
246         info.si_errno = 0;
247         info.si_code = si_code;
248         info.si_addr = (void __user *)address;
249         force_sig_info(si_signo, &info, tsk);
250 }
251
252 fastcall void do_invalid_op(struct pt_regs *, unsigned long);
253
254 static inline pmd_t *vmalloc_sync_one(pgd_t *pgd, unsigned long address)
255 {
256         unsigned index = pgd_index(address);
257         pgd_t *pgd_k;
258         pud_t *pud, *pud_k;
259         pmd_t *pmd, *pmd_k;
260
261         pgd += index;
262         pgd_k = init_mm.pgd + index;
263
264         if (!pgd_present(*pgd_k))
265                 return NULL;
266
267         /*
268          * set_pgd(pgd, *pgd_k); here would be useless on PAE
269          * and redundant with the set_pmd() on non-PAE. As would
270          * set_pud.
271          */
272
273         pud = pud_offset(pgd, address);
274         pud_k = pud_offset(pgd_k, address);
275         if (!pud_present(*pud_k))
276                 return NULL;
277
278         pmd = pmd_offset(pud, address);
279         pmd_k = pmd_offset(pud_k, address);
280         if (!pmd_present(*pmd_k))
281                 return NULL;
282         if (!pmd_present(*pmd))
283                 set_pmd(pmd, *pmd_k);
284         else
285                 BUG_ON(pmd_page(*pmd) != pmd_page(*pmd_k));
286         return pmd_k;
287 }
288
289 /*
290  * Handle a fault on the vmalloc or module mapping area
291  *
292  * This assumes no large pages in there.
293  */
294 static inline int vmalloc_fault(unsigned long address)
295 {
296         unsigned long pgd_paddr;
297         pmd_t *pmd_k;
298         pte_t *pte_k;
299         /*
300          * Synchronize this task's top level page-table
301          * with the 'reference' page table.
302          *
303          * Do _not_ use "current" here. We might be inside
304          * an interrupt in the middle of a task switch..
305          */
306         pgd_paddr = read_cr3();
307         pmd_k = vmalloc_sync_one(__va(pgd_paddr), address);
308         if (!pmd_k)
309                 return -1;
310         pte_k = pte_offset_kernel(pmd_k, address);
311         if (!pte_present(*pte_k))
312                 return -1;
313         return 0;
314 }
315
316 /*
317  * This routine handles page faults.  It determines the address,
318  * and the problem, and then passes it off to one of the appropriate
319  * routines.
320  *
321  * error_code:
322  *      bit 0 == 0 means no page found, 1 means protection fault
323  *      bit 1 == 0 means read, 1 means write
324  *      bit 2 == 0 means kernel, 1 means user-mode
325  *      bit 3 == 1 means use of reserved bit detected
326  *      bit 4 == 1 means fault was an instruction fetch
327  */
328 fastcall void __kprobes do_page_fault(struct pt_regs *regs,
329                                       unsigned long error_code)
330 {
331         struct task_struct *tsk;
332         struct mm_struct *mm;
333         struct vm_area_struct * vma;
334         unsigned long address;
335         unsigned long page;
336         int write, si_code;
337
338         /* get the address */
339         address = read_cr2();
340
341         tsk = current;
342
343         si_code = SEGV_MAPERR;
344
345         /*
346          * We fault-in kernel-space virtual memory on-demand. The
347          * 'reference' page table is init_mm.pgd.
348          *
349          * NOTE! We MUST NOT take any locks for this case. We may
350          * be in an interrupt or a critical region, and should
351          * only copy the information from the master page table,
352          * nothing more.
353          *
354          * This verifies that the fault happens in kernel space
355          * (error_code & 4) == 0, and that the fault was not a
356          * protection error (error_code & 9) == 0.
357          */
358         if (unlikely(address >= TASK_SIZE)) {
359                 if (!(error_code & 0x0000000d) && vmalloc_fault(address) >= 0)
360                         return;
361                 if (notify_page_fault(DIE_PAGE_FAULT, "page fault", regs, error_code, 14,
362                                                 SIGSEGV) == NOTIFY_STOP)
363                         return;
364                 /*
365                  * Don't take the mm semaphore here. If we fixup a prefetch
366                  * fault we could otherwise deadlock.
367                  */
368                 goto bad_area_nosemaphore;
369         }
370
371         if (notify_page_fault(DIE_PAGE_FAULT, "page fault", regs, error_code, 14,
372                                         SIGSEGV) == NOTIFY_STOP)
373                 return;
374
375         /* It's safe to allow irq's after cr2 has been saved and the vmalloc
376            fault has been handled. */
377         if (regs->eflags & (X86_EFLAGS_IF|VM_MASK))
378                 local_irq_enable();
379
380         mm = tsk->mm;
381
382         /*
383          * If we're in an interrupt, have no user context or are running in an
384          * atomic region then we must not take the fault..
385          */
386         if (in_atomic() || !mm)
387                 goto bad_area_nosemaphore;
388
389         /* When running in the kernel we expect faults to occur only to
390          * addresses in user space.  All other faults represent errors in the
391          * kernel and should generate an OOPS.  Unfortunatly, in the case of an
392          * erroneous fault occuring in a code path which already holds mmap_sem
393          * we will deadlock attempting to validate the fault against the
394          * address space.  Luckily the kernel only validly references user
395          * space from well defined areas of code, which are listed in the
396          * exceptions table.
397          *
398          * As the vast majority of faults will be valid we will only perform
399          * the source reference check when there is a possibilty of a deadlock.
400          * Attempt to lock the address space, if we cannot we then validate the
401          * source.  If this is invalid we can skip the address space check,
402          * thus avoiding the deadlock.
403          */
404         if (!down_read_trylock(&mm->mmap_sem)) {
405                 if ((error_code & 4) == 0 &&
406                     !search_exception_tables(regs->eip))
407                         goto bad_area_nosemaphore;
408                 down_read(&mm->mmap_sem);
409         }
410
411         vma = find_vma(mm, address);
412         if (!vma)
413                 goto bad_area;
414         if (vma->vm_start <= address)
415                 goto good_area;
416         if (!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN))
417                 goto bad_area;
418         if (error_code & 4) {
419                 /*
420                  * Accessing the stack below %esp is always a bug.
421                  * The large cushion allows instructions like enter
422                  * and pusha to work.  ("enter $65535,$31" pushes
423                  * 32 pointers and then decrements %esp by 65535.)
424                  */
425                 if (address + 65536 + 32 * sizeof(unsigned long) < regs->esp)
426                         goto bad_area;
427         }
428         if (expand_stack(vma, address))
429                 goto bad_area;
430 /*
431  * Ok, we have a good vm_area for this memory access, so
432  * we can handle it..
433  */
434 good_area:
435         si_code = SEGV_ACCERR;
436         write = 0;
437         switch (error_code & 3) {
438                 default:        /* 3: write, present */
439 #ifdef TEST_VERIFY_AREA
440                         if (regs->cs == KERNEL_CS)
441                                 printk("WP fault at %08lx\n", regs->eip);
442 #endif
443                         /* fall through */
444                 case 2:         /* write, not present */
445                         if (!(vma->vm_flags & VM_WRITE))
446                                 goto bad_area;
447                         write++;
448                         break;
449                 case 1:         /* read, present */
450                         goto bad_area;
451                 case 0:         /* read, not present */
452                         if (!(vma->vm_flags & (VM_READ | VM_EXEC)))
453                                 goto bad_area;
454         }
455
456  survive:
457         /*
458          * If for any reason at all we couldn't handle the fault,
459          * make sure we exit gracefully rather than endlessly redo
460          * the fault.
461          */
462         switch (handle_mm_fault(mm, vma, address, write)) {
463                 case VM_FAULT_MINOR:
464                         tsk->min_flt++;
465                         break;
466                 case VM_FAULT_MAJOR:
467                         tsk->maj_flt++;
468                         break;
469                 case VM_FAULT_SIGBUS:
470                         goto do_sigbus;
471                 case VM_FAULT_OOM:
472                         goto out_of_memory;
473                 default:
474                         BUG();
475         }
476
477         /*
478          * Did it hit the DOS screen memory VA from vm86 mode?
479          */
480         if (regs->eflags & VM_MASK) {
481                 unsigned long bit = (address - 0xA0000) >> PAGE_SHIFT;
482                 if (bit < 32)
483                         tsk->thread.screen_bitmap |= 1 << bit;
484         }
485         up_read(&mm->mmap_sem);
486         return;
487
488 /*
489  * Something tried to access memory that isn't in our memory map..
490  * Fix it, but check if it's kernel or user first..
491  */
492 bad_area:
493         up_read(&mm->mmap_sem);
494
495 bad_area_nosemaphore:
496         /* User mode accesses just cause a SIGSEGV */
497         if (error_code & 4) {
498                 /* 
499                  * Valid to do another page fault here because this one came 
500                  * from user space.
501                  */
502                 if (is_prefetch(regs, address, error_code))
503                         return;
504
505                 tsk->thread.cr2 = address;
506                 /* Kernel addresses are always protection faults */
507                 tsk->thread.error_code = error_code | (address >= TASK_SIZE);
508                 tsk->thread.trap_no = 14;
509                 force_sig_info_fault(SIGSEGV, si_code, address, tsk);
510                 return;
511         }
512
513 #ifdef CONFIG_X86_F00F_BUG
514         /*
515          * Pentium F0 0F C7 C8 bug workaround.
516          */
517         if (boot_cpu_data.f00f_bug) {
518                 unsigned long nr;
519                 
520                 nr = (address - idt_descr.address) >> 3;
521
522                 if (nr == 6) {
523                         do_invalid_op(regs, 0);
524                         return;
525                 }
526         }
527 #endif
528
529 no_context:
530         /* Are we prepared to handle this kernel fault?  */
531         if (fixup_exception(regs))
532                 return;
533
534         /* 
535          * Valid to do another page fault here, because if this fault
536          * had been triggered by is_prefetch fixup_exception would have 
537          * handled it.
538          */
539         if (is_prefetch(regs, address, error_code))
540                 return;
541
542 /*
543  * Oops. The kernel tried to access some bad page. We'll have to
544  * terminate things with extreme prejudice.
545  */
546
547         bust_spinlocks(1);
548
549         if (oops_may_print()) {
550         #ifdef CONFIG_X86_PAE
551                 if (error_code & 16) {
552                         pte_t *pte = lookup_address(address);
553
554                         if (pte && pte_present(*pte) && !pte_exec_kernel(*pte))
555                                 printk(KERN_CRIT "kernel tried to execute "
556                                         "NX-protected page - exploit attempt? "
557                                         "(uid: %d)\n", current->uid);
558                 }
559         #endif
560                 if (address < PAGE_SIZE)
561                         printk(KERN_ALERT "BUG: unable to handle kernel NULL "
562                                         "pointer dereference");
563                 else
564                         printk(KERN_ALERT "BUG: unable to handle kernel paging"
565                                         " request");
566                 printk(" at virtual address %08lx\n",address);
567                 printk(KERN_ALERT " printing eip:\n");
568                 printk("%08lx\n", regs->eip);
569         }
570         page = read_cr3();
571         page = ((unsigned long *) __va(page))[address >> 22];
572         if (oops_may_print())
573                 printk(KERN_ALERT "*pde = %08lx\n", page);
574         /*
575          * We must not directly access the pte in the highpte
576          * case, the page table might be allocated in highmem.
577          * And lets rather not kmap-atomic the pte, just in case
578          * it's allocated already.
579          */
580 #ifndef CONFIG_HIGHPTE
581         if ((page & 1) && oops_may_print()) {
582                 page &= PAGE_MASK;
583                 address &= 0x003ff000;
584                 page = ((unsigned long *) __va(page))[address >> PAGE_SHIFT];
585                 printk(KERN_ALERT "*pte = %08lx\n", page);
586         }
587 #endif
588         tsk->thread.cr2 = address;
589         tsk->thread.trap_no = 14;
590         tsk->thread.error_code = error_code;
591         die("Oops", regs, error_code);
592         bust_spinlocks(0);
593         do_exit(SIGKILL);
594
595 /*
596  * We ran out of memory, or some other thing happened to us that made
597  * us unable to handle the page fault gracefully.
598  */
599 out_of_memory:
600         up_read(&mm->mmap_sem);
601         if (tsk->pid == 1) {
602                 yield();
603                 down_read(&mm->mmap_sem);
604                 goto survive;
605         }
606         printk("VM: killing process %s\n", tsk->comm);
607         if (error_code & 4)
608                 do_exit(SIGKILL);
609         goto no_context;
610
611 do_sigbus:
612         up_read(&mm->mmap_sem);
613
614         /* Kernel mode? Handle exceptions or die */
615         if (!(error_code & 4))
616                 goto no_context;
617
618         /* User space => ok to do another page fault */
619         if (is_prefetch(regs, address, error_code))
620                 return;
621
622         tsk->thread.cr2 = address;
623         tsk->thread.error_code = error_code;
624         tsk->thread.trap_no = 14;
625         force_sig_info_fault(SIGBUS, BUS_ADRERR, address, tsk);
626 }
627
628 #ifndef CONFIG_X86_PAE
629 void vmalloc_sync_all(void)
630 {
631         /*
632          * Note that races in the updates of insync and start aren't
633          * problematic: insync can only get set bits added, and updates to
634          * start are only improving performance (without affecting correctness
635          * if undone).
636          */
637         static DECLARE_BITMAP(insync, PTRS_PER_PGD);
638         static unsigned long start = TASK_SIZE;
639         unsigned long address;
640
641         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE & ~PGDIR_MASK);
642         for (address = start; address >= TASK_SIZE; address += PGDIR_SIZE) {
643                 if (!test_bit(pgd_index(address), insync)) {
644                         unsigned long flags;
645                         struct page *page;
646
647                         spin_lock_irqsave(&pgd_lock, flags);
648                         for (page = pgd_list; page; page =
649                                         (struct page *)page->index)
650                                 if (!vmalloc_sync_one(page_address(page),
651                                                                 address)) {
652                                         BUG_ON(page != pgd_list);
653                                         break;
654                                 }
655                         spin_unlock_irqrestore(&pgd_lock, flags);
656                         if (!page)
657                                 set_bit(pgd_index(address), insync);
658                 }
659                 if (address == start && test_bit(pgd_index(address), insync))
660                         start = address + PGDIR_SIZE;
661         }
662 }
663 #endif