arch/x86_64/mm/fault.c

   1 /*
   2  *  linux/arch/x86-64/mm/fault.c
   3  *
   4  *  Copyright (C) 1995  Linus Torvalds
   5  *  Copyright (C) 2001,2002 Andi Kleen, SuSE Labs.
   6  */
   7
   8 #include <linux/config.h>
   9 #include <linux/signal.h>
  10 #include <linux/sched.h>
  11 #include <linux/kernel.h>
  12 #include <linux/errno.h>
  13 #include <linux/string.h>
  14 #include <linux/types.h>
  15 #include <linux/ptrace.h>
  16 #include <linux/mman.h>
  17 #include <linux/mm.h>
  18 #include <linux/smp.h>
  19 #include <linux/smp_lock.h>
  20 #include <linux/interrupt.h>
  21 #include <linux/init.h>
  22 #include <linux/tty.h>
  23 #include <linux/vt_kern.h>              /* For unblank_screen() */
  24 #include <linux/compiler.h>
  25 #include <linux/module.h>
  26 #include <linux/kprobes.h>
  27
  28 #include <asm/system.h>
  29 #include <asm/uaccess.h>
  30 #include <asm/pgalloc.h>
  31 #include <asm/smp.h>
  32 #include <asm/tlbflush.h>
  33 #include <asm/proto.h>
  34 #include <asm/kdebug.h>
  35 #include <asm-generic/sections.h>
  36 #include <asm/kdebug.h>
  37
  38 void bust_spinlocks(int yes)
  39 {
  40         int loglevel_save = console_loglevel;
  41         if (yes) {
  42                 oops_in_progress = 1;
  43         } else {
  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 /* Sometimes the CPU reports invalid exceptions on prefetch.
  60    Check that here and ignore.
  61    Opcode checker based on code by Richard Brunner */
  62 static noinline int is_prefetch(struct pt_regs *regs, unsigned long addr,
  63                                 unsigned long error_code)
  64 {
  65         unsigned char *instr;
  66         int scan_more = 1;
  67         int prefetch = 0;
  68         unsigned char *max_instr;
  69
  70         /* If it was a exec fault ignore */
  71         if (error_code & (1<<4))
  72                 return 0;
  73
  74         instr = (unsigned char *)convert_rip_to_linear(current, regs);
  75         max_instr = instr + 15;
  76
  77         if (user_mode(regs) && instr >= (unsigned char *)TASK_SIZE)
  78                 return 0;
  79
  80         while (scan_more && instr < max_instr) {
  81                 unsigned char opcode;
  82                 unsigned char instr_hi;
  83                 unsigned char instr_lo;
  84
  85                 if (__get_user(opcode, instr))
  86                         break;
  87
  88                 instr_hi = opcode & 0xf0;
  89                 instr_lo = opcode & 0x0f;
  90                 instr++;
  91
  92                 switch (instr_hi) {
  93                 case 0x20:
  94                 case 0x30:
  95                         /* Values 0x26,0x2E,0x36,0x3E are valid x86
  96                            prefixes.  In long mode, the CPU will signal
  97                            invalid opcode if some of these prefixes are
  98                            present so we will never get here anyway */
  99                         scan_more = ((instr_lo & 7) == 0x6);
 100                         break;
 101
 102                 case 0x40:
 103                         /* In AMD64 long mode, 0x40 to 0x4F are valid REX prefixes
 104                            Need to figure out under what instruction mode the
 105                            instruction was issued ... */
 106                         /* Could check the LDT for lm, but for now it's good
 107                            enough to assume that long mode only uses well known
 108                            segments or kernel. */
 109                         scan_more = (!user_mode(regs)) || (regs->cs == __USER_CS);
 110                         break;
 111
 112                 case 0x60:
 113                         /* 0x64 thru 0x67 are valid prefixes in all modes. */
 114                         scan_more = (instr_lo & 0xC) == 0x4;
 115                         break;
 116                 case 0xF0:
 117                         /* 0xF0, 0xF2, and 0xF3 are valid prefixes in all modes. */
 118                         scan_more = !instr_lo || (instr_lo>>1) == 1;
 119                         break;
 120                 case 0x00:
 121                         /* Prefetch instruction is 0x0F0D or 0x0F18 */
 122                         scan_more = 0;
 123                         if (__get_user(opcode, instr))
 124                                 break;
 125                         prefetch = (instr_lo == 0xF) &&
 126                                 (opcode == 0x0D || opcode == 0x18);
 127                         break;
 128                 default:
 129                         scan_more = 0;
 130                         break;
 131                 }
 132         }
 133         return prefetch;
 134 }
 135
 136 static int bad_address(void *p)
 137 {
 138         unsigned long dummy;
 139         return __get_user(dummy, (unsigned long *)p);
 140 }
 141
 142 void dump_pagetable(unsigned long address)
 143 {
 144         pgd_t *pgd;
 145         pud_t *pud;
 146         pmd_t *pmd;
 147         pte_t *pte;
 148
 149         asm("movq %%cr3,%0" : "=r" (pgd));
 150
 151         pgd = __va((unsigned long)pgd & PHYSICAL_PAGE_MASK);
 152         pgd += pgd_index(address);
 153         printk("PGD %lx ", pgd_val(*pgd));
 154         if (bad_address(pgd)) goto bad;
 155         if (!pgd_present(*pgd)) goto ret;
 156
 157         pud = __pud_offset_k((pud_t *)pgd_page(*pgd), address);
 158         if (bad_address(pud)) goto bad;
 159         printk("PUD %lx ", pud_val(*pud));
 160         if (!pud_present(*pud)) goto ret;
 161
 162         pmd = pmd_offset(pud, address);
 163         if (bad_address(pmd)) goto bad;
 164         printk("PMD %lx ", pmd_val(*pmd));
 165         if (!pmd_present(*pmd)) goto ret;
 166
 167         pte = pte_offset_kernel(pmd, address);
 168         if (bad_address(pte)) goto bad;
 169         printk("PTE %lx", pte_val(*pte));
 170 ret:
 171         printk("\n");
 172         return;
 173 bad:
 174         printk("BAD\n");
 175 }
 176
 177 static const char errata93_warning[] =
 178 KERN_ERR "******* Your BIOS seems to not contain a fix for K8 errata #93\n"
 179 KERN_ERR "******* Working around it, but it may cause SEGVs or burn power.\n"
 180 KERN_ERR "******* Please consider a BIOS update.\n"
 181 KERN_ERR "******* Disabling USB legacy in the BIOS may also help.\n";
 182
 183 /* Workaround for K8 erratum #93 & buggy BIOS.
 184    BIOS SMM functions are required to use a specific workaround
 185    to avoid corruption of the 64bit RIP register on C stepping K8.
 186    A lot of BIOS that didn't get tested properly miss this.
 187    The OS sees this as a page fault with the upper 32bits of RIP cleared.
 188    Try to work around it here.
 189    Note we only handle faults in kernel here. */
 190
 191 static int is_errata93(struct pt_regs *regs, unsigned long address)
 192 {
 193         static int warned;
 194         if (address != regs->rip)
 195                 return 0;
 196         if ((address >> 32) != 0)
 197                 return 0;
 198         address |= 0xffffffffUL << 32;
 199         if ((address >= (u64)_stext && address <= (u64)_etext) ||
 200             (address >= MODULES_VADDR && address <= MODULES_END)) {
 201                 if (!warned) {
 202                         printk(errata93_warning);
 203                         warned = 1;
 204                 }
 205                 regs->rip = address;
 206                 return 1;
 207         }
 208         return 0;
 209 }
 210
 211 int unhandled_signal(struct task_struct *tsk, int sig)
 212 {
 213         if (tsk->pid == 1)
 214                 return 1;
 215         if (tsk->ptrace & PT_PTRACED)
 216                 return 0;
 217         return (tsk->sighand->action[sig-1].sa.sa_handler == SIG_IGN) ||
 218                 (tsk->sighand->action[sig-1].sa.sa_handler == SIG_DFL);
 219 }
 220
 221 static noinline void pgtable_bad(unsigned long address, struct pt_regs *regs,
 222                                  unsigned long error_code)
 223 {
 224         oops_begin();
 225         printk(KERN_ALERT "%s: Corrupted page table at address %lx\n",
 226                current->comm, address);
 227         dump_pagetable(address);
 228         __die("Bad pagetable", regs, error_code);
 229         oops_end();
 230         do_exit(SIGKILL);
 231 }
 232
 233 /*
 234  * Handle a fault on the vmalloc or module mapping area
 235  *
 236  * This assumes no large pages in there.
 237  */
 238 static int vmalloc_fault(unsigned long address)
 239 {
 240         pgd_t *pgd, *pgd_ref;
 241         pud_t *pud, *pud_ref;
 242         pmd_t *pmd, *pmd_ref;
 243         pte_t *pte, *pte_ref;
 244
 245         /* Copy kernel mappings over when needed. This can also
 246            happen within a race in page table update. In the later
 247            case just flush. */
 248
 249         pgd = pgd_offset(current->mm ?: &init_mm, address);
 250         pgd_ref = pgd_offset_k(address);
 251         if (pgd_none(*pgd_ref))
 252                 return -1;
 253         if (pgd_none(*pgd))
 254                 set_pgd(pgd, *pgd_ref);
 255
 256         /* Below here mismatches are bugs because these lower tables
 257            are shared */
 258
 259         pud = pud_offset(pgd, address);
 260         pud_ref = pud_offset(pgd_ref, address);
 261         if (pud_none(*pud_ref))
 262                 return -1;
 263         if (pud_none(*pud) || pud_page(*pud) != pud_page(*pud_ref))
 264                 BUG();
 265         pmd = pmd_offset(pud, address);
 266         pmd_ref = pmd_offset(pud_ref, address);
 267         if (pmd_none(*pmd_ref))
 268                 return -1;
 269         if (pmd_none(*pmd) || pmd_page(*pmd) != pmd_page(*pmd_ref))
 270                 BUG();
 271         pte_ref = pte_offset_kernel(pmd_ref, address);
 272         if (!pte_present(*pte_ref))
 273                 return -1;
 274         pte = pte_offset_kernel(pmd, address);
 275         /* Don't use pte_page here, because the mappings can point
 276            outside mem_map, and the NUMA hash lookup cannot handle
 277            that. */
 278         if (!pte_present(*pte) || pte_pfn(*pte) != pte_pfn(*pte_ref))
 279                 BUG();
 280         __flush_tlb_all();
 281         return 0;
 282 }
 283
 284 int page_fault_trace = 0;
 285 int exception_trace = 1;
 286
 287 /*
 288  * This routine handles page faults.  It determines the address,
 289  * and the problem, and then passes it off to one of the appropriate
 290  * routines.
 291  *
 292  * error_code:
 293  *      bit 0 == 0 means no page found, 1 means protection fault
 294  *      bit 1 == 0 means read, 1 means write
 295  *      bit 2 == 0 means kernel, 1 means user-mode
 296  *      bit 3 == 1 means fault was an instruction fetch
 297  */
 298 asmlinkage void __kprobes do_page_fault(struct pt_regs *regs,
 299                                         unsigned long error_code)
 300 {
 301         struct task_struct *tsk;
 302         struct mm_struct *mm;
 303         struct vm_area_struct * vma;
 304         unsigned long address;
 305         const struct exception_table_entry *fixup;
 306         int write;
 307         siginfo_t info;
 308
 309 #ifdef CONFIG_CHECKING
 310         {
 311                 unsigned long gs;
 312                 struct x8664_pda *pda = cpu_pda + stack_smp_processor_id();
 313                 rdmsrl(MSR_GS_BASE, gs);
 314                 if (gs != (unsigned long)pda) {
 315                         wrmsrl(MSR_GS_BASE, pda);
 316                         printk("page_fault: wrong gs %lx expected %p\n", gs, pda);
 317                 }
 318         }
 319 #endif
 320
 321         /* get the address */
 322         __asm__("movq %%cr2,%0":"=r" (address));
 323         if (notify_die(DIE_PAGE_FAULT, "page fault", regs, error_code, 14,
 324                                         SIGSEGV) == NOTIFY_STOP)
 325                 return;
 326
 327         if (likely(regs->eflags & X86_EFLAGS_IF))
 328                 local_irq_enable();
 329
 330         if (unlikely(page_fault_trace))
 331                 printk("pagefault rip:%lx rsp:%lx cs:%lu ss:%lu address %lx error %lx\n",
 332                        regs->rip,regs->rsp,regs->cs,regs->ss,address,error_code);
 333
 334         tsk = current;
 335         mm = tsk->mm;
 336         info.si_code = SEGV_MAPERR;
 337
 338
 339         /*
 340          * We fault-in kernel-space virtual memory on-demand. The
 341          * 'reference' page table is init_mm.pgd.
 342          *
 343          * NOTE! We MUST NOT take any locks for this case. We may
 344          * be in an interrupt or a critical region, and should
 345          * only copy the information from the master page table,
 346          * nothing more.
 347          *
 348          * This verifies that the fault happens in kernel space
 349          * (error_code & 4) == 0, and that the fault was not a
 350          * protection error (error_code & 1) == 0.
 351          */
 352         if (unlikely(address >= TASK_SIZE64)) {
 353                 if (!(error_code & 5) &&
 354                       ((address >= VMALLOC_START && address < VMALLOC_END) ||
 355                        (address >= MODULES_VADDR && address < MODULES_END))) {
 356                         if (vmalloc_fault(address) < 0)
 357                                 goto bad_area_nosemaphore;
 358                         return;
 359                 }
 360                 /*
 361                  * Don't take the mm semaphore here. If we fixup a prefetch
 362                  * fault we could otherwise deadlock.
 363                  */
 364                 goto bad_area_nosemaphore;
 365         }
 366
 367         if (unlikely(error_code & (1 << 3)))
 368                 pgtable_bad(address, regs, error_code);
 369
 370         /*
 371          * If we're in an interrupt or have no user
 372          * context, we must not take the fault..
 373          */
 374         if (unlikely(in_atomic() || !mm))
 375                 goto bad_area_nosemaphore;
 376
 377  again:
 378         /* When running in the kernel we expect faults to occur only to
 379          * addresses in user space.  All other faults represent errors in the
 380          * kernel and should generate an OOPS.  Unfortunatly, in the case of an
 381          * erroneous fault occuring in a code path which already holds mmap_sem
 382          * we will deadlock attempting to validate the fault against the
 383          * address space.  Luckily the kernel only validly references user
 384          * space from well defined areas of code, which are listed in the
 385          * exceptions table.
 386          *
 387          * As the vast majority of faults will be valid we will only perform
 388          * the source reference check when there is a possibilty of a deadlock.
 389          * Attempt to lock the address space, if we cannot we then validate the
 390          * source.  If this is invalid we can skip the address space check,
 391          * thus avoiding the deadlock.
 392          */
 393         if (!down_read_trylock(&mm->mmap_sem)) {
 394                 if ((error_code & 4) == 0 &&
 395                     !search_exception_tables(regs->rip))
 396                         goto bad_area_nosemaphore;
 397                 down_read(&mm->mmap_sem);
 398         }
 399
 400         vma = find_vma(mm, address);
 401         if (!vma)
 402                 goto bad_area;
 403         if (likely(vma->vm_start <= address))
 404                 goto good_area;
 405         if (!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN))
 406                 goto bad_area;
 407         if (error_code & 4) {
 408                 // XXX: align red zone size with ABI
 409                 if (address + 128 < regs->rsp)
 410                         goto bad_area;
 411         }
 412         if (expand_stack(vma, address))
 413                 goto bad_area;
 414 /*
 415  * Ok, we have a good vm_area for this memory access, so
 416  * we can handle it..
 417  */
 418 good_area:
 419         info.si_code = SEGV_ACCERR;
 420         write = 0;
 421         switch (error_code & 3) {
 422                 default:        /* 3: write, present */
 423                         /* fall through */
 424                 case 2:         /* write, not present */
 425                         if (!(vma->vm_flags & VM_WRITE))
 426                                 goto bad_area;
 427                         write++;
 428                         break;
 429                 case 1:         /* read, present */
 430                         goto bad_area;
 431                 case 0:         /* read, not present */
 432                         if (!(vma->vm_flags & (VM_READ | VM_EXEC)))
 433                                 goto bad_area;
 434         }
 435
 436         /*
 437          * If for any reason at all we couldn't handle the fault,
 438          * make sure we exit gracefully rather than endlessly redo
 439          * the fault.
 440          */
 441         switch (handle_mm_fault(mm, vma, address, write)) {
 442         case VM_FAULT_MINOR:
 443                 tsk->min_flt++;
 444                 break;
 445         case VM_FAULT_MAJOR:
 446                 tsk->maj_flt++;
 447                 break;
 448         case VM_FAULT_SIGBUS:
 449                 goto do_sigbus;
 450         default:
 451                 goto out_of_memory;
 452         }
 453
 454         up_read(&mm->mmap_sem);
 455         return;
 456
 457 /*
 458  * Something tried to access memory that isn't in our memory map..
 459  * Fix it, but check if it's kernel or user first..
 460  */
 461 bad_area:
 462         up_read(&mm->mmap_sem);
 463
 464 bad_area_nosemaphore:
 465         /* User mode accesses just cause a SIGSEGV */
 466         if (error_code & 4) {
 467                 if (is_prefetch(regs, address, error_code))
 468                         return;
 469
 470                 /* Work around K8 erratum #100 K8 in compat mode
 471                    occasionally jumps to illegal addresses >4GB.  We
 472                    catch this here in the page fault handler because
 473                    these addresses are not reachable. Just detect this
 474                    case and return.  Any code segment in LDT is
 475                    compatibility mode. */
 476                 if ((regs->cs == __USER32_CS || (regs->cs & (1<<2))) &&
 477                     (address >> 32))
 478                         return;
 479
 480                 if (exception_trace && unhandled_signal(tsk, SIGSEGV)) {
 481                         printk(
 482                        "%s%s[%d]: segfault at %016lx rip %016lx rsp %016lx error %lx\n",
 483                                         tsk->pid > 1 ? KERN_INFO : KERN_EMERG,
 484                                         tsk->comm, tsk->pid, address, regs->rip,
 485                                         regs->rsp, error_code);
 486                 }
 487
 488                 tsk->thread.cr2 = address;
 489                 /* Kernel addresses are always protection faults */
 490                 tsk->thread.error_code = error_code | (address >= TASK_SIZE);
 491                 tsk->thread.trap_no = 14;
 492                 info.si_signo = SIGSEGV;
 493                 info.si_errno = 0;
 494                 /* info.si_code has been set above */
 495                 info.si_addr = (void __user *)address;
 496                 force_sig_info(SIGSEGV, &info, tsk);
 497                 return;
 498         }
 499
 500 no_context:
 501
 502         /* Are we prepared to handle this kernel fault?  */
 503         fixup = search_exception_tables(regs->rip);
 504         if (fixup) {
 505                 regs->rip = fixup->fixup;
 506                 return;
 507         }
 508
 509         /*
 510          * Hall of shame of CPU/BIOS bugs.
 511          */
 512
 513         if (is_prefetch(regs, address, error_code))
 514                 return;
 515
 516         if (is_errata93(regs, address))
 517                 return;
 518
 519 /*
 520  * Oops. The kernel tried to access some bad page. We'll have to
 521  * terminate things with extreme prejudice.
 522  */
 523
 524         oops_begin();
 525
 526         if (address < PAGE_SIZE)
 527                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel NULL pointer dereference");
 528         else
 529                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel paging request");
 530         printk(" at %016lx RIP: \n" KERN_ALERT,address);
 531         printk_address(regs->rip);
 532         printk("\n");
 533         dump_pagetable(address);
 534         __die("Oops", regs, error_code);
 535         /* Executive summary in case the body of the oops scrolled away */
 536         printk(KERN_EMERG "CR2: %016lx\n", address);
 537         oops_end();
 538         do_exit(SIGKILL);
 539
 540 /*
 541  * We ran out of memory, or some other thing happened to us that made
 542  * us unable to handle the page fault gracefully.
 543  */
 544 out_of_memory:
 545         up_read(&mm->mmap_sem);
 546         if (current->pid == 1) {
 547                 yield();
 548                 goto again;
 549         }
 550         printk("VM: killing process %s\n", tsk->comm);
 551         if (error_code & 4)
 552                 do_exit(SIGKILL);
 553         goto no_context;
 554
 555 do_sigbus:
 556         up_read(&mm->mmap_sem);
 557
 558         /* Kernel mode? Handle exceptions or die */
 559         if (!(error_code & 4))
 560                 goto no_context;
 561
 562         tsk->thread.cr2 = address;
 563         tsk->thread.error_code = error_code;
 564         tsk->thread.trap_no = 14;
 565         info.si_signo = SIGBUS;
 566         info.si_errno = 0;
 567         info.si_code = BUS_ADRERR;
 568         info.si_addr = (void __user *)address;
 569         force_sig_info(SIGBUS, &info, tsk);
 570         return;
 571 }