x86: do_page_fault small unification
[linux-2.6.git] / arch / x86 / mm / fault_32.c
1 /*
2  *  Copyright (C) 1995  Linus Torvalds
3  */
4
5 #include <linux/signal.h>
6 #include <linux/sched.h>
7 #include <linux/kernel.h>
8 #include <linux/errno.h>
9 #include <linux/string.h>
10 #include <linux/types.h>
11 #include <linux/ptrace.h>
12 #include <linux/mman.h>
13 #include <linux/mm.h>
14 #include <linux/smp.h>
15 #include <linux/interrupt.h>
16 #include <linux/init.h>
17 #include <linux/tty.h>
18 #include <linux/vt_kern.h>              /* For unblank_screen() */
19 #include <linux/highmem.h>
20 #include <linux/bootmem.h>              /* for max_low_pfn */
21 #include <linux/vmalloc.h>
22 #include <linux/module.h>
23 #include <linux/kprobes.h>
24 #include <linux/uaccess.h>
25 #include <linux/kdebug.h>
26
27 #include <asm/system.h>
28 #include <asm/desc.h>
29 #include <asm/segment.h>
30
31 /*
32  * Page fault error code bits
33  *      bit 0 == 0 means no page found, 1 means protection fault
34  *      bit 1 == 0 means read, 1 means write
35  *      bit 2 == 0 means kernel, 1 means user-mode
36  *      bit 3 == 1 means use of reserved bit detected
37  *      bit 4 == 1 means fault was an instruction fetch
38  */
39 #define PF_PROT (1<<0)
40 #define PF_WRITE        (1<<1)
41 #define PF_USER (1<<2)
42 #define PF_RSVD (1<<3)
43 #define PF_INSTR        (1<<4)
44
45 static inline int notify_page_fault(struct pt_regs *regs)
46 {
47 #ifdef CONFIG_KPROBES
48         int ret = 0;
49
50         /* kprobe_running() needs smp_processor_id() */
51         if (!user_mode_vm(regs)) {
52                 preempt_disable();
53                 if (kprobe_running() && kprobe_fault_handler(regs, 14))
54                         ret = 1;
55                 preempt_enable();
56         }
57
58         return ret;
59 #else
60         return 0;
61 #endif
62 }
63
64 /*
65  * X86_32
66  * Sometimes AMD Athlon/Opteron CPUs report invalid exceptions on prefetch.
67  * Check that here and ignore it.
68  *
69  * X86_64
70  * Sometimes the CPU reports invalid exceptions on prefetch.
71  * Check that here and ignore it.
72  *
73  * Opcode checker based on code by Richard Brunner
74  */
75 static int is_prefetch(struct pt_regs *regs, unsigned long addr,
76                        unsigned long error_code)
77 {
78         unsigned char *instr;
79         int scan_more = 1;
80         int prefetch = 0;
81         unsigned char *max_instr;
82
83 #ifdef CONFIG_X86_32
84         if (unlikely(boot_cpu_data.x86_vendor == X86_VENDOR_AMD &&
85                      boot_cpu_data.x86 >= 6)) {
86                 /* Catch an obscure case of prefetch inside an NX page. */
87                 if (nx_enabled && (error_code & PF_INSTR))
88                         return 0;
89         } else {
90                 return 0;
91         }
92 #else
93         /* If it was a exec fault ignore */
94         if (error_code & PF_INSTR)
95                 return 0;
96 #endif
97
98         instr = (unsigned char *)convert_ip_to_linear(current, regs);
99         max_instr = instr + 15;
100
101         if (user_mode(regs) && instr >= (unsigned char *)TASK_SIZE)
102                 return 0;
103
104         while (scan_more && instr < max_instr) {
105                 unsigned char opcode;
106                 unsigned char instr_hi;
107                 unsigned char instr_lo;
108
109                 if (probe_kernel_address(instr, opcode))
110                         break;
111
112                 instr_hi = opcode & 0xf0;
113                 instr_lo = opcode & 0x0f;
114                 instr++;
115
116                 switch (instr_hi) {
117                 case 0x20:
118                 case 0x30:
119                         /*
120                          * Values 0x26,0x2E,0x36,0x3E are valid x86 prefixes.
121                          * In X86_64 long mode, the CPU will signal invalid
122                          * opcode if some of these prefixes are present so
123                          * X86_64 will never get here anyway
124                          */
125                         scan_more = ((instr_lo & 7) == 0x6);
126                         break;
127 #ifdef CONFIG_X86_64
128                 case 0x40:
129                         /*
130                          * In AMD64 long mode 0x40..0x4F are valid REX prefixes
131                          * Need to figure out under what instruction mode the
132                          * instruction was issued. Could check the LDT for lm,
133                          * but for now it's good enough to assume that long
134                          * mode only uses well known segments or kernel.
135                          */
136                         scan_more = (!user_mode(regs)) || (regs->cs == __USER_CS);
137                         break;
138 #endif
139                 case 0x60:
140                         /* 0x64 thru 0x67 are valid prefixes in all modes. */
141                         scan_more = (instr_lo & 0xC) == 0x4;
142                         break;
143                 case 0xF0:
144                         /* 0xF0, 0xF2, 0xF3 are valid prefixes in all modes. */
145                         scan_more = !instr_lo || (instr_lo>>1) == 1;
146                         break;
147                 case 0x00:
148                         /* Prefetch instruction is 0x0F0D or 0x0F18 */
149                         scan_more = 0;
150
151                         if (probe_kernel_address(instr, opcode))
152                                 break;
153                         prefetch = (instr_lo == 0xF) &&
154                                 (opcode == 0x0D || opcode == 0x18);
155                         break;
156                 default:
157                         scan_more = 0;
158                         break;
159                 }
160         }
161         return prefetch;
162 }
163
164 static void force_sig_info_fault(int si_signo, int si_code,
165         unsigned long address, struct task_struct *tsk)
166 {
167         siginfo_t info;
168
169         info.si_signo = si_signo;
170         info.si_errno = 0;
171         info.si_code = si_code;
172         info.si_addr = (void __user *)address;
173         force_sig_info(si_signo, &info, tsk);
174 }
175
176 void do_invalid_op(struct pt_regs *, unsigned long);
177
178 static inline pmd_t *vmalloc_sync_one(pgd_t *pgd, unsigned long address)
179 {
180         unsigned index = pgd_index(address);
181         pgd_t *pgd_k;
182         pud_t *pud, *pud_k;
183         pmd_t *pmd, *pmd_k;
184
185         pgd += index;
186         pgd_k = init_mm.pgd + index;
187
188         if (!pgd_present(*pgd_k))
189                 return NULL;
190
191         /*
192          * set_pgd(pgd, *pgd_k); here would be useless on PAE
193          * and redundant with the set_pmd() on non-PAE. As would
194          * set_pud.
195          */
196
197         pud = pud_offset(pgd, address);
198         pud_k = pud_offset(pgd_k, address);
199         if (!pud_present(*pud_k))
200                 return NULL;
201
202         pmd = pmd_offset(pud, address);
203         pmd_k = pmd_offset(pud_k, address);
204         if (!pmd_present(*pmd_k))
205                 return NULL;
206         if (!pmd_present(*pmd)) {
207                 set_pmd(pmd, *pmd_k);
208                 arch_flush_lazy_mmu_mode();
209         } else
210                 BUG_ON(pmd_page(*pmd) != pmd_page(*pmd_k));
211         return pmd_k;
212 }
213
214 #ifdef CONFIG_X86_64
215 static const char errata93_warning[] =
216 KERN_ERR "******* Your BIOS seems to not contain a fix for K8 errata #93\n"
217 KERN_ERR "******* Working around it, but it may cause SEGVs or burn power.\n"
218 KERN_ERR "******* Please consider a BIOS update.\n"
219 KERN_ERR "******* Disabling USB legacy in the BIOS may also help.\n";
220
221 /* Workaround for K8 erratum #93 & buggy BIOS.
222    BIOS SMM functions are required to use a specific workaround
223    to avoid corruption of the 64bit RIP register on C stepping K8.
224    A lot of BIOS that didn't get tested properly miss this.
225    The OS sees this as a page fault with the upper 32bits of RIP cleared.
226    Try to work around it here.
227    Note we only handle faults in kernel here. */
228
229 static int is_errata93(struct pt_regs *regs, unsigned long address)
230 {
231         static int warned;
232         if (address != regs->ip)
233                 return 0;
234         if ((address >> 32) != 0)
235                 return 0;
236         address |= 0xffffffffUL << 32;
237         if ((address >= (u64)_stext && address <= (u64)_etext) ||
238             (address >= MODULES_VADDR && address <= MODULES_END)) {
239                 if (!warned) {
240                         printk(errata93_warning);
241                         warned = 1;
242                 }
243                 regs->ip = address;
244                 return 1;
245         }
246         return 0;
247 }
248 #endif
249
250 /*
251  * Handle a fault on the vmalloc or module mapping area
252  *
253  * This assumes no large pages in there.
254  */
255 static inline int vmalloc_fault(unsigned long address)
256 {
257         unsigned long pgd_paddr;
258         pmd_t *pmd_k;
259         pte_t *pte_k;
260         /*
261          * Synchronize this task's top level page-table
262          * with the 'reference' page table.
263          *
264          * Do _not_ use "current" here. We might be inside
265          * an interrupt in the middle of a task switch..
266          */
267         pgd_paddr = read_cr3();
268         pmd_k = vmalloc_sync_one(__va(pgd_paddr), address);
269         if (!pmd_k)
270                 return -1;
271         pte_k = pte_offset_kernel(pmd_k, address);
272         if (!pte_present(*pte_k))
273                 return -1;
274         return 0;
275 }
276
277 int show_unhandled_signals = 1;
278
279 /*
280  * This routine handles page faults.  It determines the address,
281  * and the problem, and then passes it off to one of the appropriate
282  * routines.
283  */
284 void __kprobes do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
285 {
286         struct task_struct *tsk;
287         struct mm_struct *mm;
288         struct vm_area_struct *vma;
289         unsigned long address;
290         int write, si_code;
291         int fault;
292
293         /*
294          * We can fault from pretty much anywhere, with unknown IRQ state.
295          */
296         trace_hardirqs_fixup();
297
298         tsk = current;
299         mm = tsk->mm;
300         prefetchw(&mm->mmap_sem);
301
302         /* get the address */
303         address = read_cr2();
304
305         si_code = SEGV_MAPERR;
306
307         if (notify_page_fault(regs))
308                 return;
309
310         /*
311          * We fault-in kernel-space virtual memory on-demand. The
312          * 'reference' page table is init_mm.pgd.
313          *
314          * NOTE! We MUST NOT take any locks for this case. We may
315          * be in an interrupt or a critical region, and should
316          * only copy the information from the master page table,
317          * nothing more.
318          *
319          * This verifies that the fault happens in kernel space
320          * (error_code & 4) == 0, and that the fault was not a
321          * protection error (error_code & 9) == 0.
322          */
323         if (unlikely(address >= TASK_SIZE)) {
324                 if (!(error_code & (PF_RSVD|PF_USER|PF_PROT)) &&
325                     vmalloc_fault(address) >= 0)
326                         return;
327                 /*
328                  * Don't take the mm semaphore here. If we fixup a prefetch
329                  * fault we could otherwise deadlock.
330                  */
331                 goto bad_area_nosemaphore;
332         }
333
334         /* It's safe to allow irq's after cr2 has been saved and the vmalloc
335            fault has been handled. */
336         if (regs->flags & (X86_EFLAGS_IF|VM_MASK))
337                 local_irq_enable();
338
339         /*
340          * If we're in an interrupt, have no user context or are running in an
341          * atomic region then we must not take the fault.
342          */
343         if (in_atomic() || !mm)
344                 goto bad_area_nosemaphore;
345
346         /* When running in the kernel we expect faults to occur only to
347          * addresses in user space.  All other faults represent errors in the
348          * kernel and should generate an OOPS.  Unfortunately, in the case of an
349          * erroneous fault occurring in a code path which already holds mmap_sem
350          * we will deadlock attempting to validate the fault against the
351          * address space.  Luckily the kernel only validly references user
352          * space from well defined areas of code, which are listed in the
353          * exceptions table.
354          *
355          * As the vast majority of faults will be valid we will only perform
356          * the source reference check when there is a possibility of a deadlock.
357          * Attempt to lock the address space, if we cannot we then validate the
358          * source.  If this is invalid we can skip the address space check,
359          * thus avoiding the deadlock.
360          */
361         if (!down_read_trylock(&mm->mmap_sem)) {
362                 if ((error_code & PF_USER) == 0 &&
363                     !search_exception_tables(regs->ip))
364                         goto bad_area_nosemaphore;
365                 down_read(&mm->mmap_sem);
366         }
367
368         vma = find_vma(mm, address);
369         if (!vma)
370                 goto bad_area;
371         if (vma->vm_start <= address)
372                 goto good_area;
373         if (!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN))
374                 goto bad_area;
375         if (error_code & PF_USER) {
376                 /*
377                  * Accessing the stack below %sp is always a bug.
378                  * The large cushion allows instructions like enter
379                  * and pusha to work.  ("enter $65535,$31" pushes
380                  * 32 pointers and then decrements %sp by 65535.)
381                  */
382                 if (address + 65536 + 32 * sizeof(unsigned long) < regs->sp)
383                         goto bad_area;
384         }
385         if (expand_stack(vma, address))
386                 goto bad_area;
387 /*
388  * Ok, we have a good vm_area for this memory access, so
389  * we can handle it..
390  */
391 good_area:
392         si_code = SEGV_ACCERR;
393         write = 0;
394         switch (error_code & (PF_PROT|PF_WRITE)) {
395         default:        /* 3: write, present */
396                 /* fall through */
397         case PF_WRITE:          /* write, not present */
398                 if (!(vma->vm_flags & VM_WRITE))
399                         goto bad_area;
400                 write++;
401                 break;
402         case PF_PROT:           /* read, present */
403                 goto bad_area;
404         case 0:                 /* read, not present */
405                 if (!(vma->vm_flags & (VM_READ | VM_EXEC | VM_WRITE)))
406                         goto bad_area;
407         }
408
409  survive:
410         /*
411          * If for any reason at all we couldn't handle the fault,
412          * make sure we exit gracefully rather than endlessly redo
413          * the fault.
414          */
415         fault = handle_mm_fault(mm, vma, address, write);
416         if (unlikely(fault & VM_FAULT_ERROR)) {
417                 if (fault & VM_FAULT_OOM)
418                         goto out_of_memory;
419                 else if (fault & VM_FAULT_SIGBUS)
420                         goto do_sigbus;
421                 BUG();
422         }
423         if (fault & VM_FAULT_MAJOR)
424                 tsk->maj_flt++;
425         else
426                 tsk->min_flt++;
427
428         /*
429          * Did it hit the DOS screen memory VA from vm86 mode?
430          */
431         if (regs->flags & VM_MASK) {
432                 unsigned long bit = (address - 0xA0000) >> PAGE_SHIFT;
433                 if (bit < 32)
434                         tsk->thread.screen_bitmap |= 1 << bit;
435         }
436         up_read(&mm->mmap_sem);
437         return;
438
439 /*
440  * Something tried to access memory that isn't in our memory map..
441  * Fix it, but check if it's kernel or user first..
442  */
443 bad_area:
444         up_read(&mm->mmap_sem);
445
446 bad_area_nosemaphore:
447         /* User mode accesses just cause a SIGSEGV */
448         if (error_code & PF_USER) {
449                 /*
450                  * It's possible to have interrupts off here.
451                  */
452                 local_irq_enable();
453
454                 /*
455                  * Valid to do another page fault here because this one came
456                  * from user space.
457                  */
458                 if (is_prefetch(regs, address, error_code))
459                         return;
460
461                 if (show_unhandled_signals && unhandled_signal(tsk, SIGSEGV) &&
462                     printk_ratelimit()) {
463                         printk("%s%s[%d]: segfault at %08lx ip %08lx "
464                             "sp %08lx error %lx\n",
465                             task_pid_nr(tsk) > 1 ? KERN_INFO : KERN_EMERG,
466                             tsk->comm, task_pid_nr(tsk), address, regs->ip,
467                             regs->sp, error_code);
468                 }
469                 tsk->thread.cr2 = address;
470                 /* Kernel addresses are always protection faults */
471                 tsk->thread.error_code = error_code | (address >= TASK_SIZE);
472                 tsk->thread.trap_no = 14;
473                 force_sig_info_fault(SIGSEGV, si_code, address, tsk);
474                 return;
475         }
476
477 #ifdef CONFIG_X86_F00F_BUG
478         /*
479          * Pentium F0 0F C7 C8 bug workaround.
480          */
481         if (boot_cpu_data.f00f_bug) {
482                 unsigned long nr;
483
484                 nr = (address - idt_descr.address) >> 3;
485
486                 if (nr == 6) {
487                         do_invalid_op(regs, 0);
488                         return;
489                 }
490         }
491 #endif
492
493 no_context:
494         /* Are we prepared to handle this kernel fault?  */
495         if (fixup_exception(regs))
496                 return;
497
498         /*
499          * Valid to do another page fault here, because if this fault
500          * had been triggered by is_prefetch fixup_exception would have
501          * handled it.
502          */
503         if (is_prefetch(regs, address, error_code))
504                 return;
505
506 /*
507  * Oops. The kernel tried to access some bad page. We'll have to
508  * terminate things with extreme prejudice.
509  */
510
511         bust_spinlocks(1);
512
513         if (oops_may_print()) {
514                 __typeof__(pte_val(__pte(0))) page;
515
516 #ifdef CONFIG_X86_PAE
517                 if (error_code & PF_INSTR) {
518                         pte_t *pte = lookup_address(address);
519
520                         if (pte && pte_present(*pte) && !pte_exec_kernel(*pte))
521                                 printk(KERN_CRIT "kernel tried to execute "
522                                         "NX-protected page - exploit attempt? "
523                                         "(uid: %d)\n", current->uid);
524                 }
525 #endif
526                 if (address < PAGE_SIZE)
527                         printk(KERN_ALERT "BUG: unable to handle kernel NULL "
528                                         "pointer dereference");
529                 else
530                         printk(KERN_ALERT "BUG: unable to handle kernel paging"
531                                         " request");
532                 printk(" at virtual address %08lx\n", address);
533                 printk(KERN_ALERT "printing ip: %08lx ", regs->ip);
534
535                 page = read_cr3();
536                 page = ((__typeof__(page) *) __va(page))[address >> PGDIR_SHIFT];
537 #ifdef CONFIG_X86_PAE
538                 printk("*pdpt = %016Lx ", page);
539                 if ((page >> PAGE_SHIFT) < max_low_pfn
540                     && page & _PAGE_PRESENT) {
541                         page &= PAGE_MASK;
542                         page = ((__typeof__(page) *) __va(page))[(address >> PMD_SHIFT)
543                                                                  & (PTRS_PER_PMD - 1)];
544                         printk(KERN_CONT "*pde = %016Lx ", page);
545                         page &= ~_PAGE_NX;
546                 }
547 #else
548                 printk("*pde = %08lx ", page);
549 #endif
550
551                 /*
552                  * We must not directly access the pte in the highpte
553                  * case if the page table is located in highmem.
554                  * And let's rather not kmap-atomic the pte, just in case
555                  * it's allocated already.
556                  */
557                 if ((page >> PAGE_SHIFT) < max_low_pfn
558                     && (page & _PAGE_PRESENT)
559                     && !(page & _PAGE_PSE)) {
560                         page &= PAGE_MASK;
561                         page = ((__typeof__(page) *) __va(page))[(address >> PAGE_SHIFT)
562                                                                  & (PTRS_PER_PTE - 1)];
563                         printk("*pte = %0*Lx ", sizeof(page)*2, (u64)page);
564                 }
565
566                 printk("\n");
567         }
568
569         tsk->thread.cr2 = address;
570         tsk->thread.trap_no = 14;
571         tsk->thread.error_code = error_code;
572         die("Oops", regs, error_code);
573         bust_spinlocks(0);
574         do_exit(SIGKILL);
575
576 /*
577  * We ran out of memory, or some other thing happened to us that made
578  * us unable to handle the page fault gracefully.
579  */
580 out_of_memory:
581         up_read(&mm->mmap_sem);
582         if (is_global_init(tsk)) {
583                 yield();
584                 down_read(&mm->mmap_sem);
585                 goto survive;
586         }
587         printk("VM: killing process %s\n", tsk->comm);
588         if (error_code & PF_USER)
589                 do_group_exit(SIGKILL);
590         goto no_context;
591
592 do_sigbus:
593         up_read(&mm->mmap_sem);
594
595         /* Kernel mode? Handle exceptions or die */
596         if (!(error_code & PF_USER))
597                 goto no_context;
598
599         /* User space => ok to do another page fault */
600         if (is_prefetch(regs, address, error_code))
601                 return;
602
603         tsk->thread.cr2 = address;
604         tsk->thread.error_code = error_code;
605         tsk->thread.trap_no = 14;
606         force_sig_info_fault(SIGBUS, BUS_ADRERR, address, tsk);
607 }
608
609 void vmalloc_sync_all(void)
610 {
611         /*
612          * Note that races in the updates of insync and start aren't
613          * problematic: insync can only get set bits added, and updates to
614          * start are only improving performance (without affecting correctness
615          * if undone).
616          */
617         static DECLARE_BITMAP(insync, PTRS_PER_PGD);
618         static unsigned long start = TASK_SIZE;
619         unsigned long address;
620
621         if (SHARED_KERNEL_PMD)
622                 return;
623
624         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE & ~PGDIR_MASK);
625         for (address = start; address >= TASK_SIZE; address += PGDIR_SIZE) {
626                 if (!test_bit(pgd_index(address), insync)) {
627                         unsigned long flags;
628                         struct page *page;
629
630                         spin_lock_irqsave(&pgd_lock, flags);
631                         for (page = pgd_list; page; page =
632                                         (struct page *)page->index)
633                                 if (!vmalloc_sync_one(page_address(page),
634                                                                 address)) {
635                                         BUG_ON(page != pgd_list);
636                                         break;
637                                 }
638                         spin_unlock_irqrestore(&pgd_lock, flags);
639                         if (!page)
640                                 set_bit(pgd_index(address), insync);
641                 }
642                 if (address == start && test_bit(pgd_index(address), insync))
643                         start = address + PGDIR_SIZE;
644         }
645 }