arch/s390/mm/fault.c

   1 /*
   2  *  S390 version
   3  *    Copyright IBM Corp. 1999
   4  *    Author(s): Hartmut Penner (hp@de.ibm.com)
   5  *               Ulrich Weigand (uweigand@de.ibm.com)
   6  *
   7  *  Derived from "arch/i386/mm/fault.c"
   8  *    Copyright (C) 1995  Linus Torvalds
   9  */
  10
  11 #include <linux/kernel_stat.h>
  12 #include <linux/perf_event.h>
  13 #include <linux/signal.h>
  14 #include <linux/sched.h>
  15 #include <linux/kernel.h>
  16 #include <linux/errno.h>
  17 #include <linux/string.h>
  18 #include <linux/types.h>
  19 #include <linux/ptrace.h>
  20 #include <linux/mman.h>
  21 #include <linux/mm.h>
  22 #include <linux/compat.h>
  23 #include <linux/smp.h>
  24 #include <linux/kdebug.h>
  25 #include <linux/init.h>
  26 #include <linux/console.h>
  27 #include <linux/module.h>
  28 #include <linux/hardirq.h>
  29 #include <linux/kprobes.h>
  30 #include <linux/uaccess.h>
  31 #include <linux/hugetlb.h>
  32 #include <asm/asm-offsets.h>
  33 #include <asm/pgtable.h>
  34 #include <asm/irq.h>
  35 #include <asm/mmu_context.h>
  36 #include <asm/facility.h>
  37 #include "../kernel/entry.h"
  38
  39 #ifndef CONFIG_64BIT
  40 #define __FAIL_ADDR_MASK 0x7ffff000
  41 #define __SUBCODE_MASK 0x0200
  42 #define __PF_RES_FIELD 0ULL
  43 #else /* CONFIG_64BIT */
  44 #define __FAIL_ADDR_MASK -4096L
  45 #define __SUBCODE_MASK 0x0600
  46 #define __PF_RES_FIELD 0x8000000000000000ULL
  47 #endif /* CONFIG_64BIT */
  48
  49 #define VM_FAULT_BADCONTEXT     0x010000
  50 #define VM_FAULT_BADMAP         0x020000
  51 #define VM_FAULT_BADACCESS      0x040000
  52 #define VM_FAULT_SIGNAL         0x080000
  53
  54 static unsigned long store_indication __read_mostly;
  55
  56 #ifdef CONFIG_64BIT
  57 static int __init fault_init(void)
  58 {
  59         if (test_facility(75))
  60                 store_indication = 0xc00;
  61         return 0;
  62 }
  63 early_initcall(fault_init);
  64 #endif
  65
  66 static inline int notify_page_fault(struct pt_regs *regs)
  67 {
  68         int ret = 0;
  69
  70         /* kprobe_running() needs smp_processor_id() */
  71         if (kprobes_built_in() && !user_mode(regs)) {
  72                 preempt_disable();
  73                 if (kprobe_running() && kprobe_fault_handler(regs, 14))
  74                         ret = 1;
  75                 preempt_enable();
  76         }
  77         return ret;
  78 }
  79
  80
  81 /*
  82  * Unlock any spinlocks which will prevent us from getting the
  83  * message out.
  84  */
  85 void bust_spinlocks(int yes)
  86 {
  87         if (yes) {
  88                 oops_in_progress = 1;
  89         } else {
  90                 int loglevel_save = console_loglevel;
  91                 console_unblank();
  92                 oops_in_progress = 0;
  93                 /*
  94                  * OK, the message is on the console.  Now we call printk()
  95                  * without oops_in_progress set so that printk will give klogd
  96                  * a poke.  Hold onto your hats...
  97                  */
  98                 console_loglevel = 15;
  99                 printk(" ");
 100                 console_loglevel = loglevel_save;
 101         }
 102 }
 103
 104 /*
 105  * Returns the address space associated with the fault.
 106  * Returns 0 for kernel space and 1 for user space.
 107  */
 108 static inline int user_space_fault(unsigned long trans_exc_code)
 109 {
 110         /*
 111          * The lowest two bits of the translation exception
 112          * identification indicate which paging table was used.
 113          */
 114         trans_exc_code &= 3;
 115         if (trans_exc_code == 2)
 116                 /* Access via secondary space, set_fs setting decides */
 117                 return current->thread.mm_segment.ar4;
 118         /*
 119          * Access via primary space or access register is from user space
 120          * and access via home space is from the kernel.
 121          */
 122         return trans_exc_code != 3;
 123 }
 124
 125 static inline void report_user_fault(struct pt_regs *regs, long signr)
 126 {
 127         if ((task_pid_nr(current) > 1) && !show_unhandled_signals)
 128                 return;
 129         if (!unhandled_signal(current, signr))
 130                 return;
 131         if (!printk_ratelimit())
 132                 return;
 133         printk(KERN_ALERT "User process fault: interruption code 0x%X ",
 134                regs->int_code);
 135         print_vma_addr(KERN_CONT "in ", regs->psw.addr & PSW_ADDR_INSN);
 136         printk(KERN_CONT "\n");
 137         printk(KERN_ALERT "failing address: %lX\n",
 138                regs->int_parm_long & __FAIL_ADDR_MASK);
 139         show_regs(regs);
 140 }
 141
 142 /*
 143  * Send SIGSEGV to task.  This is an external routine
 144  * to keep the stack usage of do_page_fault small.
 145  */
 146 static noinline void do_sigsegv(struct pt_regs *regs, int si_code)
 147 {
 148         struct siginfo si;
 149
 150         report_user_fault(regs, SIGSEGV);
 151         si.si_signo = SIGSEGV;
 152         si.si_code = si_code;
 153         si.si_addr = (void __user *)(regs->int_parm_long & __FAIL_ADDR_MASK);
 154         force_sig_info(SIGSEGV, &si, current);
 155 }
 156
 157 static noinline void do_no_context(struct pt_regs *regs)
 158 {
 159         const struct exception_table_entry *fixup;
 160         unsigned long address;
 161
 162         /* Are we prepared to handle this kernel fault?  */
 163         fixup = search_exception_tables(regs->psw.addr & PSW_ADDR_INSN);
 164         if (fixup) {
 165                 regs->psw.addr = extable_fixup(fixup) | PSW_ADDR_AMODE;
 166                 return;
 167         }
 168
 169         /*
 170          * Oops. The kernel tried to access some bad page. We'll have to
 171          * terminate things with extreme prejudice.
 172          */
 173         address = regs->int_parm_long & __FAIL_ADDR_MASK;
 174         if (!user_space_fault(regs->int_parm_long))
 175                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel pointer dereference"
 176                        " at virtual kernel address %p\n", (void *)address);
 177         else
 178                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel paging request"
 179                        " at virtual user address %p\n", (void *)address);
 180
 181         die(regs, "Oops");
 182         do_exit(SIGKILL);
 183 }
 184
 185 static noinline void do_low_address(struct pt_regs *regs)
 186 {
 187         /* Low-address protection hit in kernel mode means
 188            NULL pointer write access in kernel mode.  */
 189         if (regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE) {
 190                 /* Low-address protection hit in user mode 'cannot happen'. */
 191                 die (regs, "Low-address protection");
 192                 do_exit(SIGKILL);
 193         }
 194
 195         do_no_context(regs);
 196 }
 197
 198 static noinline void do_sigbus(struct pt_regs *regs)
 199 {
 200         struct task_struct *tsk = current;
 201         struct siginfo si;
 202
 203         /*
 204          * Send a sigbus, regardless of whether we were in kernel
 205          * or user mode.
 206          */
 207         si.si_signo = SIGBUS;
 208         si.si_errno = 0;
 209         si.si_code = BUS_ADRERR;
 210         si.si_addr = (void __user *)(regs->int_parm_long & __FAIL_ADDR_MASK);
 211         force_sig_info(SIGBUS, &si, tsk);
 212 }
 213
 214 static noinline void do_fault_error(struct pt_regs *regs, int fault)
 215 {
 216         int si_code;
 217
 218         switch (fault) {
 219         case VM_FAULT_BADACCESS:
 220         case VM_FAULT_BADMAP:
 221                 /* Bad memory access. Check if it is kernel or user space. */
 222                 if (user_mode(regs)) {
 223                         /* User mode accesses just cause a SIGSEGV */
 224                         si_code = (fault == VM_FAULT_BADMAP) ?
 225                                 SEGV_MAPERR : SEGV_ACCERR;
 226                         do_sigsegv(regs, si_code);
 227                         return;
 228                 }
 229         case VM_FAULT_BADCONTEXT:
 230                 do_no_context(regs);
 231                 break;
 232         case VM_FAULT_SIGNAL:
 233                 if (!user_mode(regs))
 234                         do_no_context(regs);
 235                 break;
 236         default: /* fault & VM_FAULT_ERROR */
 237                 if (fault & VM_FAULT_OOM) {
 238                         if (!user_mode(regs))
 239                                 do_no_context(regs);
 240                         else
 241                                 pagefault_out_of_memory();
 242                 } else if (fault & VM_FAULT_SIGBUS) {
 243                         /* Kernel mode? Handle exceptions or die */
 244                         if (!user_mode(regs))
 245                                 do_no_context(regs);
 246                         else
 247                                 do_sigbus(regs);
 248                 } else
 249                         BUG();
 250                 break;
 251         }
 252 }
 253
 254 /*
 255  * This routine handles page faults.  It determines the address,
 256  * and the problem, and then passes it off to one of the appropriate
 257  * routines.
 258  *
 259  * interruption code (int_code):
 260  *   04       Protection           ->  Write-Protection  (suprression)
 261  *   10       Segment translation  ->  Not present       (nullification)
 262  *   11       Page translation     ->  Not present       (nullification)
 263  *   3b       Region third trans.  ->  Not present       (nullification)
 264  */
 265 static inline int do_exception(struct pt_regs *regs, int access)
 266 {
 267         struct task_struct *tsk;
 268         struct mm_struct *mm;
 269         struct vm_area_struct *vma;
 270         unsigned long trans_exc_code;
 271         unsigned long address;
 272         unsigned int flags;
 273         int fault;
 274
 275         tsk = current;
 276         /*
 277          * The instruction that caused the program check has
 278          * been nullified. Don't signal single step via SIGTRAP.
 279          */
 280         clear_tsk_thread_flag(tsk, TIF_PER_TRAP);
 281
 282         if (notify_page_fault(regs))
 283                 return 0;
 284
 285         mm = tsk->mm;
 286         trans_exc_code = regs->int_parm_long;
 287
 288         /*
 289          * Verify that the fault happened in user space, that
 290          * we are not in an interrupt and that there is a
 291          * user context.
 292          */
 293         fault = VM_FAULT_BADCONTEXT;
 294         if (unlikely(!user_space_fault(trans_exc_code) || in_atomic() || !mm))
 295                 goto out;
 296
 297         address = trans_exc_code & __FAIL_ADDR_MASK;
 298         perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS, 1, regs, address);
 299         flags = FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY | FAULT_FLAG_KILLABLE;
 300         if (user_mode(regs))
 301                 flags |= FAULT_FLAG_USER;
 302         if (access == VM_WRITE || (trans_exc_code & store_indication) == 0x400)
 303                 flags |= FAULT_FLAG_WRITE;
 304         down_read(&mm->mmap_sem);
 305
 306 #ifdef CONFIG_PGSTE
 307         if ((current->flags & PF_VCPU) && S390_lowcore.gmap) {
 308                 address = __gmap_fault(address,
 309                                      (struct gmap *) S390_lowcore.gmap);
 310                 if (address == -EFAULT) {
 311                         fault = VM_FAULT_BADMAP;
 312                         goto out_up;
 313                 }
 314                 if (address == -ENOMEM) {
 315                         fault = VM_FAULT_OOM;
 316                         goto out_up;
 317                 }
 318         }
 319 #endif
 320
 321 retry:
 322         fault = VM_FAULT_BADMAP;
 323         vma = find_vma(mm, address);
 324         if (!vma)
 325                 goto out_up;
 326
 327         if (unlikely(vma->vm_start > address)) {
 328                 if (!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN))
 329                         goto out_up;
 330                 if (expand_stack(vma, address))
 331                         goto out_up;
 332         }
 333
 334         /*
 335          * Ok, we have a good vm_area for this memory access, so
 336          * we can handle it..
 337          */
 338         fault = VM_FAULT_BADACCESS;
 339         if (unlikely(!(vma->vm_flags & access)))
 340                 goto out_up;
 341
 342         if (is_vm_hugetlb_page(vma))
 343                 address &= HPAGE_MASK;
 344         /*
 345          * If for any reason at all we couldn't handle the fault,
 346          * make sure we exit gracefully rather than endlessly redo
 347          * the fault.
 348          */
 349         fault = handle_mm_fault(mm, vma, address, flags);
 350         /* No reason to continue if interrupted by SIGKILL. */
 351         if ((fault & VM_FAULT_RETRY) && fatal_signal_pending(current)) {
 352                 fault = VM_FAULT_SIGNAL;
 353                 goto out;
 354         }
 355         if (unlikely(fault & VM_FAULT_ERROR))
 356                 goto out_up;
 357
 358         /*
 359          * Major/minor page fault accounting is only done on the
 360          * initial attempt. If we go through a retry, it is extremely
 361          * likely that the page will be found in page cache at that point.
 362          */
 363         if (flags & FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY) {
 364                 if (fault & VM_FAULT_MAJOR) {
 365                         tsk->maj_flt++;
 366                         perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS_MAJ, 1,
 367                                       regs, address);
 368                 } else {
 369                         tsk->min_flt++;
 370                         perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS_MIN, 1,
 371                                       regs, address);
 372                 }
 373                 if (fault & VM_FAULT_RETRY) {
 374                         /* Clear FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY to avoid any risk
 375                          * of starvation. */
 376                         flags &= ~FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY;
 377                         flags |= FAULT_FLAG_TRIED;
 378                         down_read(&mm->mmap_sem);
 379                         goto retry;
 380                 }
 381         }
 382         fault = 0;
 383 out_up:
 384         up_read(&mm->mmap_sem);
 385 out:
 386         return fault;
 387 }
 388
 389 void __kprobes do_protection_exception(struct pt_regs *regs)
 390 {
 391         unsigned long trans_exc_code;
 392         int fault;
 393
 394         trans_exc_code = regs->int_parm_long;
 395         /*
 396          * Protection exceptions are suppressing, decrement psw address.
 397          * The exception to this rule are aborted transactions, for these
 398          * the PSW already points to the correct location.
 399          */
 400         if (!(regs->int_code & 0x200))
 401                 regs->psw.addr = __rewind_psw(regs->psw, regs->int_code >> 16);
 402         /*
 403          * Check for low-address protection.  This needs to be treated
 404          * as a special case because the translation exception code
 405          * field is not guaranteed to contain valid data in this case.
 406          */
 407         if (unlikely(!(trans_exc_code & 4))) {
 408                 do_low_address(regs);
 409                 return;
 410         }
 411         fault = do_exception(regs, VM_WRITE);
 412         if (unlikely(fault))
 413                 do_fault_error(regs, fault);
 414 }
 415
 416 void __kprobes do_dat_exception(struct pt_regs *regs)
 417 {
 418         int access, fault;
 419
 420         access = VM_READ | VM_EXEC | VM_WRITE;
 421         fault = do_exception(regs, access);
 422         if (unlikely(fault))
 423                 do_fault_error(regs, fault);
 424 }
 425
 426 int __handle_fault(unsigned long uaddr, unsigned long pgm_int_code, int write)
 427 {
 428         struct pt_regs regs;
 429         int access, fault;
 430
 431         /* Emulate a uaccess fault from kernel mode. */
 432         regs.psw.mask = PSW_KERNEL_BITS | PSW_MASK_DAT | PSW_MASK_MCHECK;
 433         if (!irqs_disabled())
 434                 regs.psw.mask |= PSW_MASK_IO | PSW_MASK_EXT;
 435         regs.psw.addr = (unsigned long) __builtin_return_address(0);
 436         regs.psw.addr |= PSW_ADDR_AMODE;
 437         regs.int_code = pgm_int_code;
 438         regs.int_parm_long = (uaddr & PAGE_MASK) | 2;
 439         access = write ? VM_WRITE : VM_READ;
 440         fault = do_exception(&regs, access);
 441         /*
 442          * Since the fault happened in kernel mode while performing a uaccess
 443          * all we need to do now is emulating a fixup in case "fault" is not
 444          * zero.
 445          * For the calling uaccess functions this results always in -EFAULT.
 446          */
 447         return fault ? -EFAULT : 0;
 448 }
 449
 450 #ifdef CONFIG_PFAULT
 451 /*
 452  * 'pfault' pseudo page faults routines.
 453  */
 454 static int pfault_disable;
 455
 456 static int __init nopfault(char *str)
 457 {
 458         pfault_disable = 1;
 459         return 1;
 460 }
 461
 462 __setup("nopfault", nopfault);
 463
 464 struct pfault_refbk {
 465         u16 refdiagc;
 466         u16 reffcode;
 467         u16 refdwlen;
 468         u16 refversn;
 469         u64 refgaddr;
 470         u64 refselmk;
 471         u64 refcmpmk;
 472         u64 reserved;
 473 } __attribute__ ((packed, aligned(8)));
 474
 475 int pfault_init(void)
 476 {
 477         struct pfault_refbk refbk = {
 478                 .refdiagc = 0x258,
 479                 .reffcode = 0,
 480                 .refdwlen = 5,
 481                 .refversn = 2,
 482                 .refgaddr = __LC_CURRENT_PID,
 483                 .refselmk = 1ULL << 48,
 484                 .refcmpmk = 1ULL << 48,
 485                 .reserved = __PF_RES_FIELD };
 486         int rc;
 487
 488         if (pfault_disable)
 489                 return -1;
 490         asm volatile(
 491                 "       diag    %1,%0,0x258\n"
 492                 "0:     j       2f\n"
 493                 "1:     la      %0,8\n"
 494                 "2:\n"
 495                 EX_TABLE(0b,1b)
 496                 : "=d" (rc) : "a" (&refbk), "m" (refbk) : "cc");
 497         return rc;
 498 }
 499
 500 void pfault_fini(void)
 501 {
 502         struct pfault_refbk refbk = {
 503                 .refdiagc = 0x258,
 504                 .reffcode = 1,
 505                 .refdwlen = 5,
 506                 .refversn = 2,
 507         };
 508
 509         if (pfault_disable)
 510                 return;
 511         asm volatile(
 512                 "       diag    %0,0,0x258\n"
 513                 "0:\n"
 514                 EX_TABLE(0b,0b)
 515                 : : "a" (&refbk), "m" (refbk) : "cc");
 516 }
 517
 518 static DEFINE_SPINLOCK(pfault_lock);
 519 static LIST_HEAD(pfault_list);
 520
 521 static void pfault_interrupt(struct ext_code ext_code,
 522                              unsigned int param32, unsigned long param64)
 523 {
 524         struct task_struct *tsk;
 525         __u16 subcode;
 526         pid_t pid;
 527
 528         /*
 529          * Get the external interruption subcode & pfault
 530          * initial/completion signal bit. VM stores this
 531          * in the 'cpu address' field associated with the
 532          * external interrupt.
 533          */
 534         subcode = ext_code.subcode;
 535         if ((subcode & 0xff00) != __SUBCODE_MASK)
 536                 return;
 537         inc_irq_stat(IRQEXT_PFL);
 538         /* Get the token (= pid of the affected task). */
 539         pid = sizeof(void *) == 4 ? param32 : param64;
 540         rcu_read_lock();
 541         tsk = find_task_by_pid_ns(pid, &init_pid_ns);
 542         if (tsk)
 543                 get_task_struct(tsk);
 544         rcu_read_unlock();
 545         if (!tsk)
 546                 return;
 547         spin_lock(&pfault_lock);
 548         if (subcode & 0x0080) {
 549                 /* signal bit is set -> a page has been swapped in by VM */
 550                 if (tsk->thread.pfault_wait == 1) {
 551                         /* Initial interrupt was faster than the completion
 552                          * interrupt. pfault_wait is valid. Set pfault_wait
 553                          * back to zero and wake up the process. This can
 554                          * safely be done because the task is still sleeping
 555                          * and can't produce new pfaults. */
 556                         tsk->thread.pfault_wait = 0;
 557                         list_del(&tsk->thread.list);
 558                         wake_up_process(tsk);
 559                         put_task_struct(tsk);
 560                 } else {
 561                         /* Completion interrupt was faster than initial
 562                          * interrupt. Set pfault_wait to -1 so the initial
 563                          * interrupt doesn't put the task to sleep.
 564                          * If the task is not running, ignore the completion
 565                          * interrupt since it must be a leftover of a PFAULT
 566                          * CANCEL operation which didn't remove all pending
 567                          * completion interrupts. */
 568                         if (tsk->state == TASK_RUNNING)
 569                                 tsk->thread.pfault_wait = -1;
 570                 }
 571         } else {
 572                 /* signal bit not set -> a real page is missing. */
 573                 if (WARN_ON_ONCE(tsk != current))
 574                         goto out;
 575                 if (tsk->thread.pfault_wait == 1) {
 576                         /* Already on the list with a reference: put to sleep */
 577                         __set_task_state(tsk, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 578                         set_tsk_need_resched(tsk);
 579                 } else if (tsk->thread.pfault_wait == -1) {
 580                         /* Completion interrupt was faster than the initial
 581                          * interrupt (pfault_wait == -1). Set pfault_wait
 582                          * back to zero and exit. */
 583                         tsk->thread.pfault_wait = 0;
 584                 } else {
 585                         /* Initial interrupt arrived before completion
 586                          * interrupt. Let the task sleep.
 587                          * An extra task reference is needed since a different
 588                          * cpu may set the task state to TASK_RUNNING again
 589                          * before the scheduler is reached. */
 590                         get_task_struct(tsk);
 591                         tsk->thread.pfault_wait = 1;
 592                         list_add(&tsk->thread.list, &pfault_list);
 593                         __set_task_state(tsk, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 594                         set_tsk_need_resched(tsk);
 595                 }
 596         }
 597 out:
 598         spin_unlock(&pfault_lock);
 599         put_task_struct(tsk);
 600 }
 601
 602 static int pfault_cpu_notify(struct notifier_block *self, unsigned long action,
 603                              void *hcpu)
 604 {
 605         struct thread_struct *thread, *next;
 606         struct task_struct *tsk;
 607
 608         switch (action & ~CPU_TASKS_FROZEN) {
 609         case CPU_DEAD:
 610                 spin_lock_irq(&pfault_lock);
 611                 list_for_each_entry_safe(thread, next, &pfault_list, list) {
 612                         thread->pfault_wait = 0;
 613                         list_del(&thread->list);
 614                         tsk = container_of(thread, struct task_struct, thread);
 615                         wake_up_process(tsk);
 616                         put_task_struct(tsk);
 617                 }
 618                 spin_unlock_irq(&pfault_lock);
 619                 break;
 620         default:
 621                 break;
 622         }
 623         return NOTIFY_OK;
 624 }
 625
 626 static int __init pfault_irq_init(void)
 627 {
 628         int rc;
 629
 630         rc = register_external_interrupt(0x2603, pfault_interrupt);
 631         if (rc)
 632                 goto out_extint;
 633         rc = pfault_init() == 0 ? 0 : -EOPNOTSUPP;
 634         if (rc)
 635                 goto out_pfault;
 636         irq_subclass_register(IRQ_SUBCLASS_SERVICE_SIGNAL);
 637         hotcpu_notifier(pfault_cpu_notify, 0);
 638         return 0;
 639
 640 out_pfault:
 641         unregister_external_interrupt(0x2603, pfault_interrupt);
 642 out_extint:
 643         pfault_disable = 1;
 644         return rc;
 645 }
 646 early_initcall(pfault_irq_init);
 647
 648 #endif /* CONFIG_PFAULT */