x86-64: Simplify and optimize vdso clock_gettime monotonic variants
[linux-3.10.git] / arch / x86 / kernel / vsyscall_64.c
1 /*
2  *  Copyright (C) 2001 Andrea Arcangeli <andrea@suse.de> SuSE
3  *  Copyright 2003 Andi Kleen, SuSE Labs.
4  *
5  *  [ NOTE: this mechanism is now deprecated in favor of the vDSO. ]
6  *
7  *  Thanks to hpa@transmeta.com for some useful hint.
8  *  Special thanks to Ingo Molnar for his early experience with
9  *  a different vsyscall implementation for Linux/IA32 and for the name.
10  *
11  *  vsyscall 1 is located at -10Mbyte, vsyscall 2 is located
12  *  at virtual address -10Mbyte+1024bytes etc... There are at max 4
13  *  vsyscalls. One vsyscall can reserve more than 1 slot to avoid
14  *  jumping out of line if necessary. We cannot add more with this
15  *  mechanism because older kernels won't return -ENOSYS.
16  *
17  *  Note: the concept clashes with user mode linux.  UML users should
18  *  use the vDSO.
19  */
20
21 #include <linux/time.h>
22 #include <linux/init.h>
23 #include <linux/kernel.h>
24 #include <linux/timer.h>
25 #include <linux/seqlock.h>
26 #include <linux/jiffies.h>
27 #include <linux/sysctl.h>
28 #include <linux/topology.h>
29 #include <linux/clocksource.h>
30 #include <linux/getcpu.h>
31 #include <linux/cpu.h>
32 #include <linux/smp.h>
33 #include <linux/notifier.h>
34 #include <linux/syscalls.h>
35 #include <linux/ratelimit.h>
36
37 #include <asm/vsyscall.h>
38 #include <asm/pgtable.h>
39 #include <asm/compat.h>
40 #include <asm/page.h>
41 #include <asm/unistd.h>
42 #include <asm/fixmap.h>
43 #include <asm/errno.h>
44 #include <asm/io.h>
45 #include <asm/segment.h>
46 #include <asm/desc.h>
47 #include <asm/topology.h>
48 #include <asm/vgtod.h>
49 #include <asm/traps.h>
50
51 #define CREATE_TRACE_POINTS
52 #include "vsyscall_trace.h"
53
54 DEFINE_VVAR(int, vgetcpu_mode);
55 DEFINE_VVAR(struct vsyscall_gtod_data, vsyscall_gtod_data);
56
57 static enum { EMULATE, NATIVE, NONE } vsyscall_mode = EMULATE;
58
59 static int __init vsyscall_setup(char *str)
60 {
61         if (str) {
62                 if (!strcmp("emulate", str))
63                         vsyscall_mode = EMULATE;
64                 else if (!strcmp("native", str))
65                         vsyscall_mode = NATIVE;
66                 else if (!strcmp("none", str))
67                         vsyscall_mode = NONE;
68                 else
69                         return -EINVAL;
70
71                 return 0;
72         }
73
74         return -EINVAL;
75 }
76 early_param("vsyscall", vsyscall_setup);
77
78 void update_vsyscall_tz(void)
79 {
80         vsyscall_gtod_data.sys_tz = sys_tz;
81 }
82
83 void update_vsyscall(struct timespec *wall_time, struct timespec *wtm,
84                         struct clocksource *clock, u32 mult)
85 {
86         write_seqcount_begin(&vsyscall_gtod_data.seq);
87         struct timespec monotonic;
88
89         /* copy vsyscall data */
90         vsyscall_gtod_data.clock.vclock_mode    = clock->archdata.vclock_mode;
91         vsyscall_gtod_data.clock.cycle_last     = clock->cycle_last;
92         vsyscall_gtod_data.clock.mask           = clock->mask;
93         vsyscall_gtod_data.clock.mult           = mult;
94         vsyscall_gtod_data.clock.shift          = clock->shift;
95
96         vsyscall_gtod_data.wall_time_sec        = wall_time->tv_sec;
97         vsyscall_gtod_data.wall_time_nsec       = wall_time->tv_nsec;
98
99         monotonic = timespec_add(*wall_time, *wtm);
100         vsyscall_gtod_data.monotonic_time_sec   = monotonic.tv_sec;
101         vsyscall_gtod_data.monotonic_time_nsec  = monotonic.tv_nsec;
102
103         vsyscall_gtod_data.wall_time_coarse     = __current_kernel_time();
104         vsyscall_gtod_data.monotonic_time_coarse =
105                 timespec_add(vsyscall_gtod_data.wall_time_coarse, *wtm);
106
107         write_seqcount_end(&vsyscall_gtod_data.seq);
108 }
109
110 static void warn_bad_vsyscall(const char *level, struct pt_regs *regs,
111                               const char *message)
112 {
113         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL, DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
114         struct task_struct *tsk;
115
116         if (!show_unhandled_signals || !__ratelimit(&rs))
117                 return;
118
119         tsk = current;
120
121         printk("%s%s[%d] %s ip:%lx cs:%lx sp:%lx ax:%lx si:%lx di:%lx\n",
122                level, tsk->comm, task_pid_nr(tsk),
123                message, regs->ip, regs->cs,
124                regs->sp, regs->ax, regs->si, regs->di);
125 }
126
127 static int addr_to_vsyscall_nr(unsigned long addr)
128 {
129         int nr;
130
131         if ((addr & ~0xC00UL) != VSYSCALL_START)
132                 return -EINVAL;
133
134         nr = (addr & 0xC00UL) >> 10;
135         if (nr >= 3)
136                 return -EINVAL;
137
138         return nr;
139 }
140
141 static bool write_ok_or_segv(unsigned long ptr, size_t size)
142 {
143         /*
144          * XXX: if access_ok, get_user, and put_user handled
145          * sig_on_uaccess_error, this could go away.
146          */
147
148         if (!access_ok(VERIFY_WRITE, (void __user *)ptr, size)) {
149                 siginfo_t info;
150                 struct thread_struct *thread = &current->thread;
151
152                 thread->error_code      = 6;  /* user fault, no page, write */
153                 thread->cr2             = ptr;
154                 thread->trap_no         = 14;
155
156                 memset(&info, 0, sizeof(info));
157                 info.si_signo           = SIGSEGV;
158                 info.si_errno           = 0;
159                 info.si_code            = SEGV_MAPERR;
160                 info.si_addr            = (void __user *)ptr;
161
162                 force_sig_info(SIGSEGV, &info, current);
163                 return false;
164         } else {
165                 return true;
166         }
167 }
168
169 bool emulate_vsyscall(struct pt_regs *regs, unsigned long address)
170 {
171         struct task_struct *tsk;
172         unsigned long caller;
173         int vsyscall_nr;
174         int prev_sig_on_uaccess_error;
175         long ret;
176
177         /*
178          * No point in checking CS -- the only way to get here is a user mode
179          * trap to a high address, which means that we're in 64-bit user code.
180          */
181
182         WARN_ON_ONCE(address != regs->ip);
183
184         if (vsyscall_mode == NONE) {
185                 warn_bad_vsyscall(KERN_INFO, regs,
186                                   "vsyscall attempted with vsyscall=none");
187                 return false;
188         }
189
190         vsyscall_nr = addr_to_vsyscall_nr(address);
191
192         trace_emulate_vsyscall(vsyscall_nr);
193
194         if (vsyscall_nr < 0) {
195                 warn_bad_vsyscall(KERN_WARNING, regs,
196                                   "misaligned vsyscall (exploit attempt or buggy program) -- look up the vsyscall kernel parameter if you need a workaround");
197                 goto sigsegv;
198         }
199
200         if (get_user(caller, (unsigned long __user *)regs->sp) != 0) {
201                 warn_bad_vsyscall(KERN_WARNING, regs,
202                                   "vsyscall with bad stack (exploit attempt?)");
203                 goto sigsegv;
204         }
205
206         tsk = current;
207         if (seccomp_mode(&tsk->seccomp))
208                 do_exit(SIGKILL);
209
210         /*
211          * With a real vsyscall, page faults cause SIGSEGV.  We want to
212          * preserve that behavior to make writing exploits harder.
213          */
214         prev_sig_on_uaccess_error = current_thread_info()->sig_on_uaccess_error;
215         current_thread_info()->sig_on_uaccess_error = 1;
216
217         /*
218          * 0 is a valid user pointer (in the access_ok sense) on 32-bit and
219          * 64-bit, so we don't need to special-case it here.  For all the
220          * vsyscalls, 0 means "don't write anything" not "write it at
221          * address 0".
222          */
223         ret = -EFAULT;
224         switch (vsyscall_nr) {
225         case 0:
226                 if (!write_ok_or_segv(regs->di, sizeof(struct timeval)) ||
227                     !write_ok_or_segv(regs->si, sizeof(struct timezone)))
228                         break;
229
230                 ret = sys_gettimeofday(
231                         (struct timeval __user *)regs->di,
232                         (struct timezone __user *)regs->si);
233                 break;
234
235         case 1:
236                 if (!write_ok_or_segv(regs->di, sizeof(time_t)))
237                         break;
238
239                 ret = sys_time((time_t __user *)regs->di);
240                 break;
241
242         case 2:
243                 if (!write_ok_or_segv(regs->di, sizeof(unsigned)) ||
244                     !write_ok_or_segv(regs->si, sizeof(unsigned)))
245                         break;
246
247                 ret = sys_getcpu((unsigned __user *)regs->di,
248                                  (unsigned __user *)regs->si,
249                                  0);
250                 break;
251         }
252
253         current_thread_info()->sig_on_uaccess_error = prev_sig_on_uaccess_error;
254
255         if (ret == -EFAULT) {
256                 /* Bad news -- userspace fed a bad pointer to a vsyscall. */
257                 warn_bad_vsyscall(KERN_INFO, regs,
258                                   "vsyscall fault (exploit attempt?)");
259
260                 /*
261                  * If we failed to generate a signal for any reason,
262                  * generate one here.  (This should be impossible.)
263                  */
264                 if (WARN_ON_ONCE(!sigismember(&tsk->pending.signal, SIGBUS) &&
265                                  !sigismember(&tsk->pending.signal, SIGSEGV)))
266                         goto sigsegv;
267
268                 return true;  /* Don't emulate the ret. */
269         }
270
271         regs->ax = ret;
272
273         /* Emulate a ret instruction. */
274         regs->ip = caller;
275         regs->sp += 8;
276
277         return true;
278
279 sigsegv:
280         force_sig(SIGSEGV, current);
281         return true;
282 }
283
284 /*
285  * Assume __initcall executes before all user space. Hopefully kmod
286  * doesn't violate that. We'll find out if it does.
287  */
288 static void __cpuinit vsyscall_set_cpu(int cpu)
289 {
290         unsigned long d;
291         unsigned long node = 0;
292 #ifdef CONFIG_NUMA
293         node = cpu_to_node(cpu);
294 #endif
295         if (cpu_has(&cpu_data(cpu), X86_FEATURE_RDTSCP))
296                 write_rdtscp_aux((node << 12) | cpu);
297
298         /*
299          * Store cpu number in limit so that it can be loaded quickly
300          * in user space in vgetcpu. (12 bits for the CPU and 8 bits for the node)
301          */
302         d = 0x0f40000000000ULL;
303         d |= cpu;
304         d |= (node & 0xf) << 12;
305         d |= (node >> 4) << 48;
306
307         write_gdt_entry(get_cpu_gdt_table(cpu), GDT_ENTRY_PER_CPU, &d, DESCTYPE_S);
308 }
309
310 static void __cpuinit cpu_vsyscall_init(void *arg)
311 {
312         /* preemption should be already off */
313         vsyscall_set_cpu(raw_smp_processor_id());
314 }
315
316 static int __cpuinit
317 cpu_vsyscall_notifier(struct notifier_block *n, unsigned long action, void *arg)
318 {
319         long cpu = (long)arg;
320
321         if (action == CPU_ONLINE || action == CPU_ONLINE_FROZEN)
322                 smp_call_function_single(cpu, cpu_vsyscall_init, NULL, 1);
323
324         return NOTIFY_DONE;
325 }
326
327 void __init map_vsyscall(void)
328 {
329         extern char __vsyscall_page;
330         unsigned long physaddr_vsyscall = __pa_symbol(&__vsyscall_page);
331         extern char __vvar_page;
332         unsigned long physaddr_vvar_page = __pa_symbol(&__vvar_page);
333
334         __set_fixmap(VSYSCALL_FIRST_PAGE, physaddr_vsyscall,
335                      vsyscall_mode == NATIVE
336                      ? PAGE_KERNEL_VSYSCALL
337                      : PAGE_KERNEL_VVAR);
338         BUILD_BUG_ON((unsigned long)__fix_to_virt(VSYSCALL_FIRST_PAGE) !=
339                      (unsigned long)VSYSCALL_START);
340
341         __set_fixmap(VVAR_PAGE, physaddr_vvar_page, PAGE_KERNEL_VVAR);
342         BUILD_BUG_ON((unsigned long)__fix_to_virt(VVAR_PAGE) !=
343                      (unsigned long)VVAR_ADDRESS);
344 }
345
346 static int __init vsyscall_init(void)
347 {
348         BUG_ON(VSYSCALL_ADDR(0) != __fix_to_virt(VSYSCALL_FIRST_PAGE));
349
350         on_each_cpu(cpu_vsyscall_init, NULL, 1);
351         /* notifier priority > KVM */
352         hotcpu_notifier(cpu_vsyscall_notifier, 30);
353
354         return 0;
355 }
356 __initcall(vsyscall_init);