arch/x86/include/asm/segment.h

   1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
   2 #ifndef _ASM_X86_SEGMENT_H
   3 #define _ASM_X86_SEGMENT_H
   4
   5 #include <linux/const.h>
   6 #include <asm/alternative.h>
   7 #include <asm/ibt.h>
   8
   9 /*
  10  * Constructor for a conventional segment GDT (or LDT) entry.
  11  * This is a macro so it can be used in initializers.
  12  */
  13 #define GDT_ENTRY(flags, base, limit)                   \
  14         ((((base)  & _AC(0xff000000,ULL)) << (56-24)) | \
  15          (((flags) & _AC(0x0000f0ff,ULL)) << 40) |      \
  16          (((limit) & _AC(0x000f0000,ULL)) << (48-16)) | \
  17          (((base)  & _AC(0x00ffffff,ULL)) << 16) |      \
  18          (((limit) & _AC(0x0000ffff,ULL))))
  19
  20 /* Simple and small GDT entries for booting only: */
  21
  22 #define GDT_ENTRY_BOOT_CS       2
  23 #define GDT_ENTRY_BOOT_DS       3
  24 #define GDT_ENTRY_BOOT_TSS      4
  25 #define __BOOT_CS               (GDT_ENTRY_BOOT_CS*8)
  26 #define __BOOT_DS               (GDT_ENTRY_BOOT_DS*8)
  27 #define __BOOT_TSS              (GDT_ENTRY_BOOT_TSS*8)
  28
  29 /*
  30  * Bottom two bits of selector give the ring
  31  * privilege level
  32  */
  33 #define SEGMENT_RPL_MASK        0x3
  34
  35 /*
  36  * When running on Xen PV, the actual privilege level of the kernel is 1,
  37  * not 0. Testing the Requested Privilege Level in a segment selector to
  38  * determine whether the context is user mode or kernel mode with
  39  * SEGMENT_RPL_MASK is wrong because the PV kernel's privilege level
  40  * matches the 0x3 mask.
  41  *
  42  * Testing with USER_SEGMENT_RPL_MASK is valid for both native and Xen PV
  43  * kernels because privilege level 2 is never used.
  44  */
  45 #define USER_SEGMENT_RPL_MASK   0x2
  46
  47 /* User mode is privilege level 3: */
  48 #define USER_RPL                0x3
  49
  50 /* Bit 2 is Table Indicator (TI): selects between LDT or GDT */
  51 #define SEGMENT_TI_MASK         0x4
  52 /* LDT segment has TI set ... */
  53 #define SEGMENT_LDT             0x4
  54 /* ... GDT has it cleared */
  55 #define SEGMENT_GDT             0x0
  56
  57 #define GDT_ENTRY_INVALID_SEG   0
  58
  59 #ifdef CONFIG_X86_32
  60 /*
  61  * The layout of the per-CPU GDT under Linux:
  62  *
  63  *   0 - null                                                           <=== cacheline #1
  64  *   1 - reserved
  65  *   2 - reserved
  66  *   3 - reserved
  67  *
  68  *   4 - unused                                                         <=== cacheline #2
  69  *   5 - unused
  70  *
  71  *  ------- start of TLS (Thread-Local Storage) segments:
  72  *
  73  *   6 - TLS segment #1                 [ glibc's TLS segment ]
  74  *   7 - TLS segment #2                 [ Wine's %fs Win32 segment ]
  75  *   8 - TLS segment #3                                                 <=== cacheline #3
  76  *   9 - reserved
  77  *  10 - reserved
  78  *  11 - reserved
  79  *
  80  *  ------- start of kernel segments:
  81  *
  82  *  12 - kernel code segment                                            <=== cacheline #4
  83  *  13 - kernel data segment
  84  *  14 - default user CS
  85  *  15 - default user DS
  86  *  16 - TSS                                                            <=== cacheline #5
  87  *  17 - LDT
  88  *  18 - PNPBIOS support (16->32 gate)
  89  *  19 - PNPBIOS support
  90  *  20 - PNPBIOS support                                                <=== cacheline #6
  91  *  21 - PNPBIOS support
  92  *  22 - PNPBIOS support
  93  *  23 - APM BIOS support
  94  *  24 - APM BIOS support                                               <=== cacheline #7
  95  *  25 - APM BIOS support
  96  *
  97  *  26 - ESPFIX small SS
  98  *  27 - per-cpu                        [ offset to per-cpu data area ]
  99  *  28 - unused
 100  *  29 - unused
 101  *  30 - unused
 102  *  31 - TSS for double fault handler
 103  */
 104 #define GDT_ENTRY_TLS_MIN               6
 105 #define GDT_ENTRY_TLS_MAX               (GDT_ENTRY_TLS_MIN + GDT_ENTRY_TLS_ENTRIES - 1)
 106
 107 #define GDT_ENTRY_KERNEL_CS             12
 108 #define GDT_ENTRY_KERNEL_DS             13
 109 #define GDT_ENTRY_DEFAULT_USER_CS       14
 110 #define GDT_ENTRY_DEFAULT_USER_DS       15
 111 #define GDT_ENTRY_TSS                   16
 112 #define GDT_ENTRY_LDT                   17
 113 #define GDT_ENTRY_PNPBIOS_CS32          18
 114 #define GDT_ENTRY_PNPBIOS_CS16          19
 115 #define GDT_ENTRY_PNPBIOS_DS            20
 116 #define GDT_ENTRY_PNPBIOS_TS1           21
 117 #define GDT_ENTRY_PNPBIOS_TS2           22
 118 #define GDT_ENTRY_APMBIOS_BASE          23
 119
 120 #define GDT_ENTRY_ESPFIX_SS             26
 121 #define GDT_ENTRY_PERCPU                27
 122
 123 #define GDT_ENTRY_DOUBLEFAULT_TSS       31
 124
 125 /*
 126  * Number of entries in the GDT table:
 127  */
 128 #define GDT_ENTRIES                     32
 129
 130 /*
 131  * Segment selector values corresponding to the above entries:
 132  */
 133
 134 #define __KERNEL_CS                     (GDT_ENTRY_KERNEL_CS*8)
 135 #define __KERNEL_DS                     (GDT_ENTRY_KERNEL_DS*8)
 136 #define __USER_DS                       (GDT_ENTRY_DEFAULT_USER_DS*8 + 3)
 137 #define __USER_CS                       (GDT_ENTRY_DEFAULT_USER_CS*8 + 3)
 138 #define __ESPFIX_SS                     (GDT_ENTRY_ESPFIX_SS*8)
 139
 140 /* segment for calling fn: */
 141 #define PNP_CS32                        (GDT_ENTRY_PNPBIOS_CS32*8)
 142 /* code segment for BIOS: */
 143 #define PNP_CS16                        (GDT_ENTRY_PNPBIOS_CS16*8)
 144
 145 /* "Is this PNP code selector (PNP_CS32 or PNP_CS16)?" */
 146 #define SEGMENT_IS_PNP_CODE(x)          (((x) & 0xf4) == PNP_CS32)
 147
 148 /* data segment for BIOS: */
 149 #define PNP_DS                          (GDT_ENTRY_PNPBIOS_DS*8)
 150 /* transfer data segment: */
 151 #define PNP_TS1                         (GDT_ENTRY_PNPBIOS_TS1*8)
 152 /* another data segment: */
 153 #define PNP_TS2                         (GDT_ENTRY_PNPBIOS_TS2*8)
 154
 155 #ifdef CONFIG_SMP
 156 # define __KERNEL_PERCPU                (GDT_ENTRY_PERCPU*8)
 157 #else
 158 # define __KERNEL_PERCPU                0
 159 #endif
 160
 161 #else /* 64-bit: */
 162
 163 #include <asm/cache.h>
 164
 165 #define GDT_ENTRY_KERNEL32_CS           1
 166 #define GDT_ENTRY_KERNEL_CS             2
 167 #define GDT_ENTRY_KERNEL_DS             3
 168
 169 /*
 170  * We cannot use the same code segment descriptor for user and kernel mode,
 171  * not even in long flat mode, because of different DPL.
 172  *
 173  * GDT layout to get 64-bit SYSCALL/SYSRET support right. SYSRET hardcodes
 174  * selectors:
 175  *
 176  *   if returning to 32-bit userspace: cs = STAR.SYSRET_CS,
 177  *   if returning to 64-bit userspace: cs = STAR.SYSRET_CS+16,
 178  *
 179  * ss = STAR.SYSRET_CS+8 (in either case)
 180  *
 181  * thus USER_DS should be between 32-bit and 64-bit code selectors:
 182  */
 183 #define GDT_ENTRY_DEFAULT_USER32_CS     4
 184 #define GDT_ENTRY_DEFAULT_USER_DS       5
 185 #define GDT_ENTRY_DEFAULT_USER_CS       6
 186
 187 /* Needs two entries */
 188 #define GDT_ENTRY_TSS                   8
 189 /* Needs two entries */
 190 #define GDT_ENTRY_LDT                   10
 191
 192 #define GDT_ENTRY_TLS_MIN               12
 193 #define GDT_ENTRY_TLS_MAX               14
 194
 195 #define GDT_ENTRY_CPUNODE               15
 196
 197 /*
 198  * Number of entries in the GDT table:
 199  */
 200 #define GDT_ENTRIES                     16
 201
 202 /*
 203  * Segment selector values corresponding to the above entries:
 204  *
 205  * Note, selectors also need to have a correct RPL,
 206  * expressed with the +3 value for user-space selectors:
 207  */
 208 #define __KERNEL32_CS                   (GDT_ENTRY_KERNEL32_CS*8)
 209 #define __KERNEL_CS                     (GDT_ENTRY_KERNEL_CS*8)
 210 #define __KERNEL_DS                     (GDT_ENTRY_KERNEL_DS*8)
 211 #define __USER32_CS                     (GDT_ENTRY_DEFAULT_USER32_CS*8 + 3)
 212 #define __USER_DS                       (GDT_ENTRY_DEFAULT_USER_DS*8 + 3)
 213 #define __USER32_DS                     __USER_DS
 214 #define __USER_CS                       (GDT_ENTRY_DEFAULT_USER_CS*8 + 3)
 215 #define __CPUNODE_SEG                   (GDT_ENTRY_CPUNODE*8 + 3)
 216
 217 #endif
 218
 219 #define IDT_ENTRIES                     256
 220 #define NUM_EXCEPTION_VECTORS           32
 221
 222 /* Bitmask of exception vectors which push an error code on the stack: */
 223 #define EXCEPTION_ERRCODE_MASK          0x20027d00
 224
 225 #define GDT_SIZE                        (GDT_ENTRIES*8)
 226 #define GDT_ENTRY_TLS_ENTRIES           3
 227 #define TLS_SIZE                        (GDT_ENTRY_TLS_ENTRIES* 8)
 228
 229 #ifdef CONFIG_X86_64
 230
 231 /* Bit size and mask of CPU number stored in the per CPU data (and TSC_AUX) */
 232 #define VDSO_CPUNODE_BITS               12
 233 #define VDSO_CPUNODE_MASK               0xfff
 234
 235 #ifndef __ASSEMBLY__
 236
 237 /* Helper functions to store/load CPU and node numbers */
 238
 239 static inline unsigned long vdso_encode_cpunode(int cpu, unsigned long node)
 240 {
 241         return (node << VDSO_CPUNODE_BITS) | cpu;
 242 }
 243
 244 static inline void vdso_read_cpunode(unsigned *cpu, unsigned *node)
 245 {
 246         unsigned int p;
 247
 248         /*
 249          * Load CPU and node number from the GDT.  LSL is faster than RDTSCP
 250          * and works on all CPUs.  This is volatile so that it orders
 251          * correctly with respect to barrier() and to keep GCC from cleverly
 252          * hoisting it out of the calling function.
 253          *
 254          * If RDPID is available, use it.
 255          */
 256         alternative_io ("lsl %[seg],%[p]",
 257                         ".byte 0xf3,0x0f,0xc7,0xf8", /* RDPID %eax/rax */
 258                         X86_FEATURE_RDPID,
 259                         [p] "=a" (p), [seg] "r" (__CPUNODE_SEG));
 260
 261         if (cpu)
 262                 *cpu = (p & VDSO_CPUNODE_MASK);
 263         if (node)
 264                 *node = (p >> VDSO_CPUNODE_BITS);
 265 }
 266
 267 #endif /* !__ASSEMBLY__ */
 268 #endif /* CONFIG_X86_64 */
 269
 270 #ifdef __KERNEL__
 271
 272 /*
 273  * early_idt_handler_array is an array of entry points referenced in the
 274  * early IDT.  For simplicity, it's a real array with one entry point
 275  * every nine bytes.  That leaves room for an optional 'push $0' if the
 276  * vector has no error code (two bytes), a 'push $vector_number' (two
 277  * bytes), and a jump to the common entry code (up to five bytes).
 278  */
 279 #define EARLY_IDT_HANDLER_SIZE (9 + ENDBR_INSN_SIZE)
 280
 281 /*
 282  * xen_early_idt_handler_array is for Xen pv guests: for each entry in
 283  * early_idt_handler_array it contains a prequel in the form of
 284  * pop %rcx; pop %r11; jmp early_idt_handler_array[i]; summing up to
 285  * max 8 bytes.
 286  */
 287 #define XEN_EARLY_IDT_HANDLER_SIZE (8 + ENDBR_INSN_SIZE)
 288
 289 #ifndef __ASSEMBLY__
 290
 291 extern const char early_idt_handler_array[NUM_EXCEPTION_VECTORS][EARLY_IDT_HANDLER_SIZE];
 292 extern void early_ignore_irq(void);
 293
 294 #ifdef CONFIG_XEN_PV
 295 extern const char xen_early_idt_handler_array[NUM_EXCEPTION_VECTORS][XEN_EARLY_IDT_HANDLER_SIZE];
 296 #endif
 297
 298 /*
 299  * Load a segment. Fall back on loading the zero segment if something goes
 300  * wrong.  This variant assumes that loading zero fully clears the segment.
 301  * This is always the case on Intel CPUs and, even on 64-bit AMD CPUs, any
 302  * failure to fully clear the cached descriptor is only observable for
 303  * FS and GS.
 304  */
 305 #define __loadsegment_simple(seg, value)                                \
 306 do {                                                                    \
 307         unsigned short __val = (value);                                 \
 308                                                                         \
 309         asm volatile("                                          \n"     \
 310                      "1:        movl %k0,%%" #seg "             \n"     \
 311                      _ASM_EXTABLE_TYPE_REG(1b, 1b, EX_TYPE_ZERO_REG, %k0)\
 312                      : "+r" (__val) : : "memory");                      \
 313 } while (0)
 314
 315 #define __loadsegment_ss(value) __loadsegment_simple(ss, (value))
 316 #define __loadsegment_ds(value) __loadsegment_simple(ds, (value))
 317 #define __loadsegment_es(value) __loadsegment_simple(es, (value))
 318
 319 #ifdef CONFIG_X86_32
 320
 321 /*
 322  * On 32-bit systems, the hidden parts of FS and GS are unobservable if
 323  * the selector is NULL, so there's no funny business here.
 324  */
 325 #define __loadsegment_fs(value) __loadsegment_simple(fs, (value))
 326 #define __loadsegment_gs(value) __loadsegment_simple(gs, (value))
 327
 328 #else
 329
 330 static inline void __loadsegment_fs(unsigned short value)
 331 {
 332         asm volatile("                                          \n"
 333                      "1:        movw %0, %%fs                   \n"
 334                      "2:                                        \n"
 335
 336                      _ASM_EXTABLE_TYPE(1b, 2b, EX_TYPE_CLEAR_FS)
 337
 338                      : : "rm" (value) : "memory");
 339 }
 340
 341 /* __loadsegment_gs is intentionally undefined.  Use load_gs_index instead. */
 342
 343 #endif
 344
 345 #define loadsegment(seg, value) __loadsegment_ ## seg (value)
 346
 347 /*
 348  * Save a segment register away:
 349  */
 350 #define savesegment(seg, value)                         \
 351         asm("mov %%" #seg ",%0":"=r" (value) : : "memory")
 352
 353 #endif /* !__ASSEMBLY__ */
 354 #endif /* __KERNEL__ */
 355
 356 #endif /* _ASM_X86_SEGMENT_H */