arch/s390/mm/fault.c

   1 /*
   2  *  arch/s390/mm/fault.c
   3  *
   4  *  S390 version
   5  *    Copyright (C) 1999 IBM Deutschland Entwicklung GmbH, IBM Corporation
   6  *    Author(s): Hartmut Penner (hp@de.ibm.com)
   7  *               Ulrich Weigand (uweigand@de.ibm.com)
   8  *
   9  *  Derived from "arch/i386/mm/fault.c"
  10  *    Copyright (C) 1995  Linus Torvalds
  11  */
  12
  13 #include <linux/perf_event.h>
  14 #include <linux/signal.h>
  15 #include <linux/sched.h>
  16 #include <linux/kernel.h>
  17 #include <linux/errno.h>
  18 #include <linux/string.h>
  19 #include <linux/types.h>
  20 #include <linux/ptrace.h>
  21 #include <linux/mman.h>
  22 #include <linux/mm.h>
  23 #include <linux/compat.h>
  24 #include <linux/smp.h>
  25 #include <linux/kdebug.h>
  26 #include <linux/init.h>
  27 #include <linux/console.h>
  28 #include <linux/module.h>
  29 #include <linux/hardirq.h>
  30 #include <linux/kprobes.h>
  31 #include <linux/uaccess.h>
  32 #include <linux/hugetlb.h>
  33 #include <asm/system.h>
  34 #include <asm/pgtable.h>
  35 #include <asm/s390_ext.h>
  36 #include <asm/mmu_context.h>
  37 #include <asm/compat.h>
  38 #include "../kernel/entry.h"
  39
  40 #ifndef CONFIG_64BIT
  41 #define __FAIL_ADDR_MASK 0x7ffff000
  42 #define __SUBCODE_MASK 0x0200
  43 #define __PF_RES_FIELD 0ULL
  44 #else /* CONFIG_64BIT */
  45 #define __FAIL_ADDR_MASK -4096L
  46 #define __SUBCODE_MASK 0x0600
  47 #define __PF_RES_FIELD 0x8000000000000000ULL
  48 #endif /* CONFIG_64BIT */
  49
  50 #ifdef CONFIG_SYSCTL
  51 extern int sysctl_userprocess_debug;
  52 #endif
  53
  54 #define VM_FAULT_BADCONTEXT     0x010000
  55 #define VM_FAULT_BADMAP         0x020000
  56 #define VM_FAULT_BADACCESS      0x040000
  57
  58 static inline int notify_page_fault(struct pt_regs *regs)
  59 {
  60         int ret = 0;
  61
  62 #ifdef CONFIG_KPROBES
  63         /* kprobe_running() needs smp_processor_id() */
  64         if (!user_mode(regs)) {
  65                 preempt_disable();
  66                 if (kprobe_running() && kprobe_fault_handler(regs, 14))
  67                         ret = 1;
  68                 preempt_enable();
  69         }
  70 #endif
  71         return ret;
  72 }
  73
  74
  75 /*
  76  * Unlock any spinlocks which will prevent us from getting the
  77  * message out.
  78  */
  79 void bust_spinlocks(int yes)
  80 {
  81         if (yes) {
  82                 oops_in_progress = 1;
  83         } else {
  84                 int loglevel_save = console_loglevel;
  85                 console_unblank();
  86                 oops_in_progress = 0;
  87                 /*
  88                  * OK, the message is on the console.  Now we call printk()
  89                  * without oops_in_progress set so that printk will give klogd
  90                  * a poke.  Hold onto your hats...
  91                  */
  92                 console_loglevel = 15;
  93                 printk(" ");
  94                 console_loglevel = loglevel_save;
  95         }
  96 }
  97
  98 /*
  99  * Returns the address space associated with the fault.
 100  * Returns 0 for kernel space and 1 for user space.
 101  */
 102 static inline int user_space_fault(unsigned long trans_exc_code)
 103 {
 104         /*
 105          * The lowest two bits of the translation exception
 106          * identification indicate which paging table was used.
 107          */
 108         trans_exc_code &= 3;
 109         if (trans_exc_code == 2)
 110                 /* Access via secondary space, set_fs setting decides */
 111                 return current->thread.mm_segment.ar4;
 112         if (user_mode == HOME_SPACE_MODE)
 113                 /* User space if the access has been done via home space. */
 114                 return trans_exc_code == 3;
 115         /*
 116          * If the user space is not the home space the kernel runs in home
 117          * space. Access via secondary space has already been covered,
 118          * access via primary space or access register is from user space
 119          * and access via home space is from the kernel.
 120          */
 121         return trans_exc_code != 3;
 122 }
 123
 124 /*
 125  * Send SIGSEGV to task.  This is an external routine
 126  * to keep the stack usage of do_page_fault small.
 127  */
 128 static noinline void do_sigsegv(struct pt_regs *regs, long int_code,
 129                                 int si_code, unsigned long trans_exc_code)
 130 {
 131         struct siginfo si;
 132         unsigned long address;
 133
 134         address = trans_exc_code & __FAIL_ADDR_MASK;
 135         current->thread.prot_addr = address;
 136         current->thread.trap_no = int_code;
 137 #if defined(CONFIG_SYSCTL) || defined(CONFIG_PROCESS_DEBUG)
 138 #if defined(CONFIG_SYSCTL)
 139         if (sysctl_userprocess_debug)
 140 #endif
 141         {
 142                 printk("User process fault: interruption code 0x%lX\n",
 143                        int_code);
 144                 printk("failing address: %lX\n", address);
 145                 show_regs(regs);
 146         }
 147 #endif
 148         si.si_signo = SIGSEGV;
 149         si.si_code = si_code;
 150         si.si_addr = (void __user *) address;
 151         force_sig_info(SIGSEGV, &si, current);
 152 }
 153
 154 static noinline void do_no_context(struct pt_regs *regs, long int_code,
 155                                    unsigned long trans_exc_code)
 156 {
 157         const struct exception_table_entry *fixup;
 158         unsigned long address;
 159
 160         /* Are we prepared to handle this kernel fault?  */
 161         fixup = search_exception_tables(regs->psw.addr & PSW_ADDR_INSN);
 162         if (fixup) {
 163                 regs->psw.addr = fixup->fixup | PSW_ADDR_AMODE;
 164                 return;
 165         }
 166
 167         /*
 168          * Oops. The kernel tried to access some bad page. We'll have to
 169          * terminate things with extreme prejudice.
 170          */
 171         address = trans_exc_code & __FAIL_ADDR_MASK;
 172         if (!user_space_fault(trans_exc_code))
 173                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel pointer dereference"
 174                        " at virtual kernel address %p\n", (void *)address);
 175         else
 176                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel paging request"
 177                        " at virtual user address %p\n", (void *)address);
 178
 179         die("Oops", regs, int_code);
 180         do_exit(SIGKILL);
 181 }
 182
 183 static noinline void do_low_address(struct pt_regs *regs, long int_code,
 184                                     unsigned long trans_exc_code)
 185 {
 186         /* Low-address protection hit in kernel mode means
 187            NULL pointer write access in kernel mode.  */
 188         if (regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE) {
 189                 /* Low-address protection hit in user mode 'cannot happen'. */
 190                 die ("Low-address protection", regs, int_code);
 191                 do_exit(SIGKILL);
 192         }
 193
 194         do_no_context(regs, int_code, trans_exc_code);
 195 }
 196
 197 static noinline void do_sigbus(struct pt_regs *regs, long int_code,
 198                                unsigned long trans_exc_code)
 199 {
 200         struct task_struct *tsk = current;
 201
 202         /*
 203          * Send a sigbus, regardless of whether we were in kernel
 204          * or user mode.
 205          */
 206         tsk->thread.prot_addr = trans_exc_code & __FAIL_ADDR_MASK;
 207         tsk->thread.trap_no = int_code;
 208         force_sig(SIGBUS, tsk);
 209 }
 210
 211 #ifdef CONFIG_S390_EXEC_PROTECT
 212 static noinline int signal_return(struct pt_regs *regs, long int_code,
 213                                   unsigned long trans_exc_code)
 214 {
 215         u16 instruction;
 216         int rc;
 217
 218         rc = __get_user(instruction, (u16 __user *) regs->psw.addr);
 219
 220         if (!rc && instruction == 0x0a77) {
 221                 clear_tsk_thread_flag(current, TIF_SINGLE_STEP);
 222                 if (is_compat_task())
 223                         sys32_sigreturn();
 224                 else
 225                         sys_sigreturn();
 226         } else if (!rc && instruction == 0x0aad) {
 227                 clear_tsk_thread_flag(current, TIF_SINGLE_STEP);
 228                 if (is_compat_task())
 229                         sys32_rt_sigreturn();
 230                 else
 231                         sys_rt_sigreturn();
 232         } else
 233                 do_sigsegv(regs, int_code, SEGV_MAPERR, trans_exc_code);
 234         return 0;
 235 }
 236 #endif /* CONFIG_S390_EXEC_PROTECT */
 237
 238 static noinline void do_fault_error(struct pt_regs *regs, long int_code,
 239                                     unsigned long trans_exc_code, int fault)
 240 {
 241         int si_code;
 242
 243         switch (fault) {
 244         case VM_FAULT_BADACCESS:
 245 #ifdef CONFIG_S390_EXEC_PROTECT
 246                 if ((regs->psw.mask & PSW_MASK_ASC) == PSW_ASC_SECONDARY &&
 247                     (trans_exc_code & 3) == 0) {
 248                         signal_return(regs, int_code, trans_exc_code);
 249                         break;
 250                 }
 251 #endif /* CONFIG_S390_EXEC_PROTECT */
 252         case VM_FAULT_BADMAP:
 253                 /* Bad memory access. Check if it is kernel or user space. */
 254                 if (regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE) {
 255                         /* User mode accesses just cause a SIGSEGV */
 256                         si_code = (fault == VM_FAULT_BADMAP) ?
 257                                 SEGV_MAPERR : SEGV_ACCERR;
 258                         do_sigsegv(regs, int_code, si_code, trans_exc_code);
 259                         return;
 260                 }
 261         case VM_FAULT_BADCONTEXT:
 262                 do_no_context(regs, int_code, trans_exc_code);
 263                 break;
 264         default: /* fault & VM_FAULT_ERROR */
 265                 if (fault & VM_FAULT_OOM)
 266                         pagefault_out_of_memory();
 267                 else if (fault & VM_FAULT_SIGBUS) {
 268                         do_sigbus(regs, int_code, trans_exc_code);
 269                         /* Kernel mode? Handle exceptions or die */
 270                         if (!(regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE))
 271                                 do_no_context(regs, int_code, trans_exc_code);
 272                 } else
 273                         BUG();
 274                 break;
 275         }
 276 }
 277
 278 /*
 279  * This routine handles page faults.  It determines the address,
 280  * and the problem, and then passes it off to one of the appropriate
 281  * routines.
 282  *
 283  * interruption code (int_code):
 284  *   04       Protection           ->  Write-Protection  (suprression)
 285  *   10       Segment translation  ->  Not present       (nullification)
 286  *   11       Page translation     ->  Not present       (nullification)
 287  *   3b       Region third trans.  ->  Not present       (nullification)
 288  */
 289 static inline int do_exception(struct pt_regs *regs, int access,
 290                                unsigned long trans_exc_code)
 291 {
 292         struct task_struct *tsk;
 293         struct mm_struct *mm;
 294         struct vm_area_struct *vma;
 295         unsigned long address;
 296         int fault;
 297
 298         if (notify_page_fault(regs))
 299                 return 0;
 300
 301         tsk = current;
 302         mm = tsk->mm;
 303
 304         /*
 305          * Verify that the fault happened in user space, that
 306          * we are not in an interrupt and that there is a
 307          * user context.
 308          */
 309         fault = VM_FAULT_BADCONTEXT;
 310         if (unlikely(!user_space_fault(trans_exc_code) || in_atomic() || !mm))
 311                 goto out;
 312
 313         address = trans_exc_code & __FAIL_ADDR_MASK;
 314         /*
 315          * When we get here, the fault happened in the current
 316          * task's user address space, so we can switch on the
 317          * interrupts again and then search the VMAs
 318          */
 319         local_irq_enable();
 320         perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS, 1, 0, regs, address);
 321         down_read(&mm->mmap_sem);
 322
 323         fault = VM_FAULT_BADMAP;
 324         vma = find_vma(mm, address);
 325         if (!vma)
 326                 goto out_up;
 327
 328         if (unlikely(vma->vm_start > address)) {
 329                 if (!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN))
 330                         goto out_up;
 331                 if (expand_stack(vma, address))
 332                         goto out_up;
 333         }
 334
 335         /*
 336          * Ok, we have a good vm_area for this memory access, so
 337          * we can handle it..
 338          */
 339         fault = VM_FAULT_BADACCESS;
 340         if (unlikely(!(vma->vm_flags & access)))
 341                 goto out_up;
 342
 343         if (is_vm_hugetlb_page(vma))
 344                 address &= HPAGE_MASK;
 345         /*
 346          * If for any reason at all we couldn't handle the fault,
 347          * make sure we exit gracefully rather than endlessly redo
 348          * the fault.
 349          */
 350         fault = handle_mm_fault(mm, vma, address,
 351                                 (access == VM_WRITE) ? FAULT_FLAG_WRITE : 0);
 352         if (unlikely(fault & VM_FAULT_ERROR))
 353                 goto out_up;
 354
 355         if (fault & VM_FAULT_MAJOR) {
 356                 tsk->maj_flt++;
 357                 perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS_MAJ, 1, 0,
 358                                      regs, address);
 359         } else {
 360                 tsk->min_flt++;
 361                 perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS_MIN, 1, 0,
 362                                      regs, address);
 363         }
 364         /*
 365          * The instruction that caused the program check will
 366          * be repeated. Don't signal single step via SIGTRAP.
 367          */
 368         clear_tsk_thread_flag(tsk, TIF_SINGLE_STEP);
 369         fault = 0;
 370 out_up:
 371         up_read(&mm->mmap_sem);
 372 out:
 373         return fault;
 374 }
 375
 376 void __kprobes do_protection_exception(struct pt_regs *regs, long int_code)
 377 {
 378         unsigned long trans_exc_code = S390_lowcore.trans_exc_code;
 379         int fault;
 380
 381         /* Protection exception is supressing, decrement psw address. */
 382         regs->psw.addr -= (int_code >> 16);
 383         /*
 384          * Check for low-address protection.  This needs to be treated
 385          * as a special case because the translation exception code
 386          * field is not guaranteed to contain valid data in this case.
 387          */
 388         if (unlikely(!(trans_exc_code & 4))) {
 389                 do_low_address(regs, int_code, trans_exc_code);
 390                 return;
 391         }
 392         fault = do_exception(regs, VM_WRITE, trans_exc_code);
 393         if (unlikely(fault))
 394                 do_fault_error(regs, 4, trans_exc_code, fault);
 395 }
 396
 397 void __kprobes do_dat_exception(struct pt_regs *regs, long int_code)
 398 {
 399         unsigned long trans_exc_code = S390_lowcore.trans_exc_code;
 400         int access, fault;
 401
 402         access = VM_READ | VM_EXEC | VM_WRITE;
 403 #ifdef CONFIG_S390_EXEC_PROTECT
 404         if ((regs->psw.mask & PSW_MASK_ASC) == PSW_ASC_SECONDARY &&
 405             (trans_exc_code & 3) == 0)
 406                 access = VM_EXEC;
 407 #endif
 408         fault = do_exception(regs, access, trans_exc_code);
 409         if (unlikely(fault))
 410                 do_fault_error(regs, int_code & 255, trans_exc_code, fault);
 411 }
 412
 413 #ifdef CONFIG_64BIT
 414 void __kprobes do_asce_exception(struct pt_regs *regs, long int_code)
 415 {
 416         unsigned long trans_exc_code = S390_lowcore.trans_exc_code;
 417         struct mm_struct *mm = current->mm;
 418         struct vm_area_struct *vma;
 419
 420         if (unlikely(!user_space_fault(trans_exc_code) || in_atomic() || !mm))
 421                 goto no_context;
 422
 423         local_irq_enable();
 424
 425         down_read(&mm->mmap_sem);
 426         vma = find_vma(mm, trans_exc_code & __FAIL_ADDR_MASK);
 427         up_read(&mm->mmap_sem);
 428
 429         if (vma) {
 430                 update_mm(mm, current);
 431                 return;
 432         }
 433
 434         /* User mode accesses just cause a SIGSEGV */
 435         if (regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE) {
 436                 do_sigsegv(regs, int_code, SEGV_MAPERR, trans_exc_code);
 437                 return;
 438         }
 439
 440 no_context:
 441         do_no_context(regs, int_code, trans_exc_code);
 442 }
 443 #endif
 444
 445 int __handle_fault(unsigned long uaddr, unsigned long int_code, int write_user)
 446 {
 447         struct pt_regs regs;
 448         int access, fault;
 449
 450         regs.psw.mask = psw_kernel_bits;
 451         if (!irqs_disabled())
 452                 regs.psw.mask |= PSW_MASK_IO | PSW_MASK_EXT;
 453         regs.psw.addr = (unsigned long) __builtin_return_address(0);
 454         regs.psw.addr |= PSW_ADDR_AMODE;
 455         uaddr &= PAGE_MASK;
 456         access = write_user ? VM_WRITE : VM_READ;
 457         fault = do_exception(&regs, access, uaddr | 2);
 458         if (unlikely(fault)) {
 459                 if (fault & VM_FAULT_OOM) {
 460                         pagefault_out_of_memory();
 461                         fault = 0;
 462                 } else if (fault & VM_FAULT_SIGBUS)
 463                         do_sigbus(&regs, int_code, uaddr);
 464         }
 465         return fault ? -EFAULT : 0;
 466 }
 467
 468 #ifdef CONFIG_PFAULT
 469 /*
 470  * 'pfault' pseudo page faults routines.
 471  */
 472 static ext_int_info_t ext_int_pfault;
 473 static int pfault_disable = 0;
 474
 475 static int __init nopfault(char *str)
 476 {
 477         pfault_disable = 1;
 478         return 1;
 479 }
 480
 481 __setup("nopfault", nopfault);
 482
 483 typedef struct {
 484         __u16 refdiagc;
 485         __u16 reffcode;
 486         __u16 refdwlen;
 487         __u16 refversn;
 488         __u64 refgaddr;
 489         __u64 refselmk;
 490         __u64 refcmpmk;
 491         __u64 reserved;
 492 } __attribute__ ((packed, aligned(8))) pfault_refbk_t;
 493
 494 int pfault_init(void)
 495 {
 496         pfault_refbk_t refbk =
 497                 { 0x258, 0, 5, 2, __LC_CURRENT, 1ULL << 48, 1ULL << 48,
 498                   __PF_RES_FIELD };
 499         int rc;
 500
 501         if (!MACHINE_IS_VM || pfault_disable)
 502                 return -1;
 503         asm volatile(
 504                 "       diag    %1,%0,0x258\n"
 505                 "0:     j       2f\n"
 506                 "1:     la      %0,8\n"
 507                 "2:\n"
 508                 EX_TABLE(0b,1b)
 509                 : "=d" (rc) : "a" (&refbk), "m" (refbk) : "cc");
 510         __ctl_set_bit(0, 9);
 511         return rc;
 512 }
 513
 514 void pfault_fini(void)
 515 {
 516         pfault_refbk_t refbk =
 517         { 0x258, 1, 5, 2, 0ULL, 0ULL, 0ULL, 0ULL };
 518
 519         if (!MACHINE_IS_VM || pfault_disable)
 520                 return;
 521         __ctl_clear_bit(0,9);
 522         asm volatile(
 523                 "       diag    %0,0,0x258\n"
 524                 "0:\n"
 525                 EX_TABLE(0b,0b)
 526                 : : "a" (&refbk), "m" (refbk) : "cc");
 527 }
 528
 529 static void pfault_interrupt(__u16 int_code)
 530 {
 531         struct task_struct *tsk;
 532         __u16 subcode;
 533
 534         /*
 535          * Get the external interruption subcode & pfault
 536          * initial/completion signal bit. VM stores this
 537          * in the 'cpu address' field associated with the
 538          * external interrupt.
 539          */
 540         subcode = S390_lowcore.cpu_addr;
 541         if ((subcode & 0xff00) != __SUBCODE_MASK)
 542                 return;
 543
 544         /*
 545          * Get the token (= address of the task structure of the affected task).
 546          */
 547         tsk = *(struct task_struct **) __LC_PFAULT_INTPARM;
 548
 549         if (subcode & 0x0080) {
 550                 /* signal bit is set -> a page has been swapped in by VM */
 551                 if (xchg(&tsk->thread.pfault_wait, -1) != 0) {
 552                         /* Initial interrupt was faster than the completion
 553                          * interrupt. pfault_wait is valid. Set pfault_wait
 554                          * back to zero and wake up the process. This can
 555                          * safely be done because the task is still sleeping
 556                          * and can't produce new pfaults. */
 557                         tsk->thread.pfault_wait = 0;
 558                         wake_up_process(tsk);
 559                         put_task_struct(tsk);
 560                 }
 561         } else {
 562                 /* signal bit not set -> a real page is missing. */
 563                 get_task_struct(tsk);
 564                 set_task_state(tsk, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 565                 if (xchg(&tsk->thread.pfault_wait, 1) != 0) {
 566                         /* Completion interrupt was faster than the initial
 567                          * interrupt (swapped in a -1 for pfault_wait). Set
 568                          * pfault_wait back to zero and exit. This can be
 569                          * done safely because tsk is running in kernel
 570                          * mode and can't produce new pfaults. */
 571                         tsk->thread.pfault_wait = 0;
 572                         set_task_state(tsk, TASK_RUNNING);
 573                         put_task_struct(tsk);
 574                 } else
 575                         set_tsk_need_resched(tsk);
 576         }
 577 }
 578
 579 void __init pfault_irq_init(void)
 580 {
 581         if (!MACHINE_IS_VM)
 582                 return;
 583
 584         /*
 585          * Try to get pfault pseudo page faults going.
 586          */
 587         if (register_early_external_interrupt(0x2603, pfault_interrupt,
 588                                               &ext_int_pfault) != 0)
 589                 panic("Couldn't request external interrupt 0x2603");
 590
 591         if (pfault_init() == 0)
 592                 return;
 593
 594         /* Tough luck, no pfault. */
 595         pfault_disable = 1;
 596         unregister_early_external_interrupt(0x2603, pfault_interrupt,
 597                                             &ext_int_pfault);
 598 }
 599 #endif