Linux-2.6.12-rc2
[linux-3.10.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 *) 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 *) 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 fastcall void do_invalid_op(struct pt_regs *, unsigned long);
203
204 /*
205  * This routine handles page faults.  It determines the address,
206  * and the problem, and then passes it off to one of the appropriate
207  * routines.
208  *
209  * error_code:
210  *      bit 0 == 0 means no page found, 1 means protection fault
211  *      bit 1 == 0 means read, 1 means write
212  *      bit 2 == 0 means kernel, 1 means user-mode
213  */
214 fastcall void do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
215 {
216         struct task_struct *tsk;
217         struct mm_struct *mm;
218         struct vm_area_struct * vma;
219         unsigned long address;
220         unsigned long page;
221         int write;
222         siginfo_t info;
223
224         /* get the address */
225         __asm__("movl %%cr2,%0":"=r" (address));
226
227         if (notify_die(DIE_PAGE_FAULT, "page fault", regs, error_code, 14,
228                                         SIGSEGV) == NOTIFY_STOP)
229                 return;
230         /* It's safe to allow irq's after cr2 has been saved */
231         if (regs->eflags & (X86_EFLAGS_IF|VM_MASK))
232                 local_irq_enable();
233
234         tsk = current;
235
236         info.si_code = SEGV_MAPERR;
237
238         /*
239          * We fault-in kernel-space virtual memory on-demand. The
240          * 'reference' page table is init_mm.pgd.
241          *
242          * NOTE! We MUST NOT take any locks for this case. We may
243          * be in an interrupt or a critical region, and should
244          * only copy the information from the master page table,
245          * nothing more.
246          *
247          * This verifies that the fault happens in kernel space
248          * (error_code & 4) == 0, and that the fault was not a
249          * protection error (error_code & 1) == 0.
250          */
251         if (unlikely(address >= TASK_SIZE)) { 
252                 if (!(error_code & 5))
253                         goto vmalloc_fault;
254                 /* 
255                  * Don't take the mm semaphore here. If we fixup a prefetch
256                  * fault we could otherwise deadlock.
257                  */
258                 goto bad_area_nosemaphore;
259         } 
260
261         mm = tsk->mm;
262
263         /*
264          * If we're in an interrupt, have no user context or are running in an
265          * atomic region then we must not take the fault..
266          */
267         if (in_atomic() || !mm)
268                 goto bad_area_nosemaphore;
269
270         /* When running in the kernel we expect faults to occur only to
271          * addresses in user space.  All other faults represent errors in the
272          * kernel and should generate an OOPS.  Unfortunatly, in the case of an
273          * erroneous fault occuring in a code path which already holds mmap_sem
274          * we will deadlock attempting to validate the fault against the
275          * address space.  Luckily the kernel only validly references user
276          * space from well defined areas of code, which are listed in the
277          * exceptions table.
278          *
279          * As the vast majority of faults will be valid we will only perform
280          * the source reference check when there is a possibilty of a deadlock.
281          * Attempt to lock the address space, if we cannot we then validate the
282          * source.  If this is invalid we can skip the address space check,
283          * thus avoiding the deadlock.
284          */
285         if (!down_read_trylock(&mm->mmap_sem)) {
286                 if ((error_code & 4) == 0 &&
287                     !search_exception_tables(regs->eip))
288                         goto bad_area_nosemaphore;
289                 down_read(&mm->mmap_sem);
290         }
291
292         vma = find_vma(mm, address);
293         if (!vma)
294                 goto bad_area;
295         if (vma->vm_start <= address)
296                 goto good_area;
297         if (!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN))
298                 goto bad_area;
299         if (error_code & 4) {
300                 /*
301                  * accessing the stack below %esp is always a bug.
302                  * The "+ 32" is there due to some instructions (like
303                  * pusha) doing post-decrement on the stack and that
304                  * doesn't show up until later..
305                  */
306                 if (address + 32 < regs->esp)
307                         goto bad_area;
308         }
309         if (expand_stack(vma, address))
310                 goto bad_area;
311 /*
312  * Ok, we have a good vm_area for this memory access, so
313  * we can handle it..
314  */
315 good_area:
316         info.si_code = SEGV_ACCERR;
317         write = 0;
318         switch (error_code & 3) {
319                 default:        /* 3: write, present */
320 #ifdef TEST_VERIFY_AREA
321                         if (regs->cs == KERNEL_CS)
322                                 printk("WP fault at %08lx\n", regs->eip);
323 #endif
324                         /* fall through */
325                 case 2:         /* write, not present */
326                         if (!(vma->vm_flags & VM_WRITE))
327                                 goto bad_area;
328                         write++;
329                         break;
330                 case 1:         /* read, present */
331                         goto bad_area;
332                 case 0:         /* read, not present */
333                         if (!(vma->vm_flags & (VM_READ | VM_EXEC)))
334                                 goto bad_area;
335         }
336
337  survive:
338         /*
339          * If for any reason at all we couldn't handle the fault,
340          * make sure we exit gracefully rather than endlessly redo
341          * the fault.
342          */
343         switch (handle_mm_fault(mm, vma, address, write)) {
344                 case VM_FAULT_MINOR:
345                         tsk->min_flt++;
346                         break;
347                 case VM_FAULT_MAJOR:
348                         tsk->maj_flt++;
349                         break;
350                 case VM_FAULT_SIGBUS:
351                         goto do_sigbus;
352                 case VM_FAULT_OOM:
353                         goto out_of_memory;
354                 default:
355                         BUG();
356         }
357
358         /*
359          * Did it hit the DOS screen memory VA from vm86 mode?
360          */
361         if (regs->eflags & VM_MASK) {
362                 unsigned long bit = (address - 0xA0000) >> PAGE_SHIFT;
363                 if (bit < 32)
364                         tsk->thread.screen_bitmap |= 1 << bit;
365         }
366         up_read(&mm->mmap_sem);
367         return;
368
369 /*
370  * Something tried to access memory that isn't in our memory map..
371  * Fix it, but check if it's kernel or user first..
372  */
373 bad_area:
374         up_read(&mm->mmap_sem);
375
376 bad_area_nosemaphore:
377         /* User mode accesses just cause a SIGSEGV */
378         if (error_code & 4) {
379                 /* 
380                  * Valid to do another page fault here because this one came 
381                  * from user space.
382                  */
383                 if (is_prefetch(regs, address, error_code))
384                         return;
385
386                 tsk->thread.cr2 = address;
387                 /* Kernel addresses are always protection faults */
388                 tsk->thread.error_code = error_code | (address >= TASK_SIZE);
389                 tsk->thread.trap_no = 14;
390                 info.si_signo = SIGSEGV;
391                 info.si_errno = 0;
392                 /* info.si_code has been set above */
393                 info.si_addr = (void __user *)address;
394                 force_sig_info(SIGSEGV, &info, tsk);
395                 return;
396         }
397
398 #ifdef CONFIG_X86_F00F_BUG
399         /*
400          * Pentium F0 0F C7 C8 bug workaround.
401          */
402         if (boot_cpu_data.f00f_bug) {
403                 unsigned long nr;
404                 
405                 nr = (address - idt_descr.address) >> 3;
406
407                 if (nr == 6) {
408                         do_invalid_op(regs, 0);
409                         return;
410                 }
411         }
412 #endif
413
414 no_context:
415         /* Are we prepared to handle this kernel fault?  */
416         if (fixup_exception(regs))
417                 return;
418
419         /* 
420          * Valid to do another page fault here, because if this fault
421          * had been triggered by is_prefetch fixup_exception would have 
422          * handled it.
423          */
424         if (is_prefetch(regs, address, error_code))
425                 return;
426
427 /*
428  * Oops. The kernel tried to access some bad page. We'll have to
429  * terminate things with extreme prejudice.
430  */
431
432         bust_spinlocks(1);
433
434 #ifdef CONFIG_X86_PAE
435         if (error_code & 16) {
436                 pte_t *pte = lookup_address(address);
437
438                 if (pte && pte_present(*pte) && !pte_exec_kernel(*pte))
439                         printk(KERN_CRIT "kernel tried to execute NX-protected page - exploit attempt? (uid: %d)\n", current->uid);
440         }
441 #endif
442         if (address < PAGE_SIZE)
443                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel NULL pointer dereference");
444         else
445                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel paging request");
446         printk(" at virtual address %08lx\n",address);
447         printk(KERN_ALERT " printing eip:\n");
448         printk("%08lx\n", regs->eip);
449         asm("movl %%cr3,%0":"=r" (page));
450         page = ((unsigned long *) __va(page))[address >> 22];
451         printk(KERN_ALERT "*pde = %08lx\n", page);
452         /*
453          * We must not directly access the pte in the highpte
454          * case, the page table might be allocated in highmem.
455          * And lets rather not kmap-atomic the pte, just in case
456          * it's allocated already.
457          */
458 #ifndef CONFIG_HIGHPTE
459         if (page & 1) {
460                 page &= PAGE_MASK;
461                 address &= 0x003ff000;
462                 page = ((unsigned long *) __va(page))[address >> PAGE_SHIFT];
463                 printk(KERN_ALERT "*pte = %08lx\n", page);
464         }
465 #endif
466         die("Oops", regs, error_code);
467         bust_spinlocks(0);
468         do_exit(SIGKILL);
469
470 /*
471  * We ran out of memory, or some other thing happened to us that made
472  * us unable to handle the page fault gracefully.
473  */
474 out_of_memory:
475         up_read(&mm->mmap_sem);
476         if (tsk->pid == 1) {
477                 yield();
478                 down_read(&mm->mmap_sem);
479                 goto survive;
480         }
481         printk("VM: killing process %s\n", tsk->comm);
482         if (error_code & 4)
483                 do_exit(SIGKILL);
484         goto no_context;
485
486 do_sigbus:
487         up_read(&mm->mmap_sem);
488
489         /* Kernel mode? Handle exceptions or die */
490         if (!(error_code & 4))
491                 goto no_context;
492
493         /* User space => ok to do another page fault */
494         if (is_prefetch(regs, address, error_code))
495                 return;
496
497         tsk->thread.cr2 = address;
498         tsk->thread.error_code = error_code;
499         tsk->thread.trap_no = 14;
500         info.si_signo = SIGBUS;
501         info.si_errno = 0;
502         info.si_code = BUS_ADRERR;
503         info.si_addr = (void __user *)address;
504         force_sig_info(SIGBUS, &info, tsk);
505         return;
506
507 vmalloc_fault:
508         {
509                 /*
510                  * Synchronize this task's top level page-table
511                  * with the 'reference' page table.
512                  *
513                  * Do _not_ use "tsk" here. We might be inside
514                  * an interrupt in the middle of a task switch..
515                  */
516                 int index = pgd_index(address);
517                 unsigned long pgd_paddr;
518                 pgd_t *pgd, *pgd_k;
519                 pud_t *pud, *pud_k;
520                 pmd_t *pmd, *pmd_k;
521                 pte_t *pte_k;
522
523                 asm("movl %%cr3,%0":"=r" (pgd_paddr));
524                 pgd = index + (pgd_t *)__va(pgd_paddr);
525                 pgd_k = init_mm.pgd + index;
526
527                 if (!pgd_present(*pgd_k))
528                         goto no_context;
529
530                 /*
531                  * set_pgd(pgd, *pgd_k); here would be useless on PAE
532                  * and redundant with the set_pmd() on non-PAE. As would
533                  * set_pud.
534                  */
535
536                 pud = pud_offset(pgd, address);
537                 pud_k = pud_offset(pgd_k, address);
538                 if (!pud_present(*pud_k))
539                         goto no_context;
540                 
541                 pmd = pmd_offset(pud, address);
542                 pmd_k = pmd_offset(pud_k, address);
543                 if (!pmd_present(*pmd_k))
544                         goto no_context;
545                 set_pmd(pmd, *pmd_k);
546
547                 pte_k = pte_offset_kernel(pmd_k, address);
548                 if (!pte_present(*pte_k))
549                         goto no_context;
550                 return;
551         }
552 }