arch/powerpc/mm/fault.c

   1 /*
   2  *  PowerPC version
   3  *    Copyright (C) 1995-1996 Gary Thomas (gdt@linuxppc.org)
   4  *
   5  *  Derived from "arch/i386/mm/fault.c"
   6  *    Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
   7  *
   8  *  Modified by Cort Dougan and Paul Mackerras.
   9  *
  10  *  Modified for PPC64 by Dave Engebretsen (engebret@ibm.com)
  11  *
  12  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
  13  *  modify it under the terms of the GNU General Public License
  14  *  as published by the Free Software Foundation; either version
  15  *  2 of the License, or (at your option) any later version.
  16  */
  17
  18 #include <linux/signal.h>
  19 #include <linux/sched.h>
  20 #include <linux/sched/task_stack.h>
  21 #include <linux/kernel.h>
  22 #include <linux/errno.h>
  23 #include <linux/string.h>
  24 #include <linux/types.h>
  25 #include <linux/pagemap.h>
  26 #include <linux/ptrace.h>
  27 #include <linux/mman.h>
  28 #include <linux/mm.h>
  29 #include <linux/interrupt.h>
  30 #include <linux/highmem.h>
  31 #include <linux/extable.h>
  32 #include <linux/kprobes.h>
  33 #include <linux/kdebug.h>
  34 #include <linux/perf_event.h>
  35 #include <linux/ratelimit.h>
  36 #include <linux/context_tracking.h>
  37 #include <linux/hugetlb.h>
  38 #include <linux/uaccess.h>
  39
  40 #include <asm/firmware.h>
  41 #include <asm/page.h>
  42 #include <asm/pgtable.h>
  43 #include <asm/mmu.h>
  44 #include <asm/mmu_context.h>
  45 #include <asm/tlbflush.h>
  46 #include <asm/siginfo.h>
  47 #include <asm/debug.h>
  48
  49 static inline bool notify_page_fault(struct pt_regs *regs)
  50 {
  51         bool ret = false;
  52
  53 #ifdef CONFIG_KPROBES
  54         /* kprobe_running() needs smp_processor_id() */
  55         if (!user_mode(regs)) {
  56                 preempt_disable();
  57                 if (kprobe_running() && kprobe_fault_handler(regs, 11))
  58                         ret = true;
  59                 preempt_enable();
  60         }
  61 #endif /* CONFIG_KPROBES */
  62
  63         if (unlikely(debugger_fault_handler(regs)))
  64                 ret = true;
  65
  66         return ret;
  67 }
  68
  69 /*
  70  * Check whether the instruction inst is a store using
  71  * an update addressing form which will update r1.
  72  */
  73 static bool store_updates_sp(unsigned int inst)
  74 {
  75         /* check for 1 in the rA field */
  76         if (((inst >> 16) & 0x1f) != 1)
  77                 return false;
  78         /* check major opcode */
  79         switch (inst >> 26) {
  80         case 37:        /* stwu */
  81         case 39:        /* stbu */
  82         case 45:        /* sthu */
  83         case 53:        /* stfsu */
  84         case 55:        /* stfdu */
  85                 return true;
  86         case 62:        /* std or stdu */
  87                 return (inst & 3) == 1;
  88         case 31:
  89                 /* check minor opcode */
  90                 switch ((inst >> 1) & 0x3ff) {
  91                 case 181:       /* stdux */
  92                 case 183:       /* stwux */
  93                 case 247:       /* stbux */
  94                 case 439:       /* sthux */
  95                 case 695:       /* stfsux */
  96                 case 759:       /* stfdux */
  97                         return true;
  98                 }
  99         }
 100         return false;
 101 }
 102 /*
 103  * do_page_fault error handling helpers
 104  */
 105
 106 static int
 107 __bad_area_nosemaphore(struct pt_regs *regs, unsigned long address, int si_code)
 108 {
 109         /*
 110          * If we are in kernel mode, bail out with a SEGV, this will
 111          * be caught by the assembly which will restore the non-volatile
 112          * registers before calling bad_page_fault()
 113          */
 114         if (!user_mode(regs))
 115                 return SIGSEGV;
 116
 117         _exception(SIGSEGV, regs, si_code, address);
 118
 119         return 0;
 120 }
 121
 122 static noinline int bad_area_nosemaphore(struct pt_regs *regs, unsigned long address)
 123 {
 124         return __bad_area_nosemaphore(regs, address, SEGV_MAPERR);
 125 }
 126
 127 static int __bad_area(struct pt_regs *regs, unsigned long address, int si_code)
 128 {
 129         struct mm_struct *mm = current->mm;
 130
 131         /*
 132          * Something tried to access memory that isn't in our memory map..
 133          * Fix it, but check if it's kernel or user first..
 134          */
 135         up_read(&mm->mmap_sem);
 136
 137         return __bad_area_nosemaphore(regs, address, si_code);
 138 }
 139
 140 static noinline int bad_area(struct pt_regs *regs, unsigned long address)
 141 {
 142         return __bad_area(regs, address, SEGV_MAPERR);
 143 }
 144
 145 static noinline int bad_access(struct pt_regs *regs, unsigned long address)
 146 {
 147         return __bad_area(regs, address, SEGV_ACCERR);
 148 }
 149
 150 static int do_sigbus(struct pt_regs *regs, unsigned long address,
 151                      unsigned int fault)
 152 {
 153         siginfo_t info;
 154         unsigned int lsb = 0;
 155
 156         if (!user_mode(regs))
 157                 return SIGBUS;
 158
 159         current->thread.trap_nr = BUS_ADRERR;
 160         info.si_signo = SIGBUS;
 161         info.si_errno = 0;
 162         info.si_code = BUS_ADRERR;
 163         info.si_addr = (void __user *)address;
 164 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
 165         if (fault & (VM_FAULT_HWPOISON|VM_FAULT_HWPOISON_LARGE)) {
 166                 pr_err("MCE: Killing %s:%d due to hardware memory corruption fault at %lx\n",
 167                         current->comm, current->pid, address);
 168                 info.si_code = BUS_MCEERR_AR;
 169         }
 170
 171         if (fault & VM_FAULT_HWPOISON_LARGE)
 172                 lsb = hstate_index_to_shift(VM_FAULT_GET_HINDEX(fault));
 173         if (fault & VM_FAULT_HWPOISON)
 174                 lsb = PAGE_SHIFT;
 175 #endif
 176         info.si_addr_lsb = lsb;
 177         force_sig_info(SIGBUS, &info, current);
 178         return 0;
 179 }
 180
 181 static int mm_fault_error(struct pt_regs *regs, unsigned long addr, int fault)
 182 {
 183         /*
 184          * Kernel page fault interrupted by SIGKILL. We have no reason to
 185          * continue processing.
 186          */
 187         if (fatal_signal_pending(current) && !user_mode(regs))
 188                 return SIGKILL;
 189
 190         /* Out of memory */
 191         if (fault & VM_FAULT_OOM) {
 192                 /*
 193                  * We ran out of memory, or some other thing happened to us that
 194                  * made us unable to handle the page fault gracefully.
 195                  */
 196                 if (!user_mode(regs))
 197                         return SIGSEGV;
 198                 pagefault_out_of_memory();
 199         } else {
 200                 if (fault & (VM_FAULT_SIGBUS|VM_FAULT_HWPOISON|
 201                              VM_FAULT_HWPOISON_LARGE))
 202                         return do_sigbus(regs, addr, fault);
 203                 else if (fault & VM_FAULT_SIGSEGV)
 204                         return bad_area_nosemaphore(regs, addr);
 205                 else
 206                         BUG();
 207         }
 208         return 0;
 209 }
 210
 211 /* Is this a bad kernel fault ? */
 212 static bool bad_kernel_fault(bool is_exec, unsigned long error_code,
 213                              unsigned long address)
 214 {
 215         /* NX faults set DSISR_PROTFAULT on the 8xx, DSISR_NOEXEC_OR_G on others */
 216         if (is_exec && (error_code & (DSISR_NOEXEC_OR_G | DSISR_KEYFAULT |
 217                                       DSISR_PROTFAULT))) {
 218                 printk_ratelimited(KERN_CRIT "kernel tried to execute"
 219                                    " exec-protected page (%lx) -"
 220                                    "exploit attempt? (uid: %d)\n",
 221                                    address, from_kuid(&init_user_ns,
 222                                                       current_uid()));
 223         }
 224         return is_exec || (address >= TASK_SIZE);
 225 }
 226
 227 // This comes from 64-bit struct rt_sigframe + __SIGNAL_FRAMESIZE
 228 #define SIGFRAME_MAX_SIZE       (4096 + 128)
 229
 230 static bool bad_stack_expansion(struct pt_regs *regs, unsigned long address,
 231                                 struct vm_area_struct *vma, unsigned int flags,
 232                                 bool *must_retry)
 233 {
 234         /*
 235          * N.B. The POWER/Open ABI allows programs to access up to
 236          * 288 bytes below the stack pointer.
 237          * The kernel signal delivery code writes a bit over 4KB
 238          * below the stack pointer (r1) before decrementing it.
 239          * The exec code can write slightly over 640kB to the stack
 240          * before setting the user r1.  Thus we allow the stack to
 241          * expand to 1MB without further checks.
 242          */
 243         if (address + 0x100000 < vma->vm_end) {
 244                 unsigned int __user *nip = (unsigned int __user *)regs->nip;
 245                 /* get user regs even if this fault is in kernel mode */
 246                 struct pt_regs *uregs = current->thread.regs;
 247                 if (uregs == NULL)
 248                         return true;
 249
 250                 /*
 251                  * A user-mode access to an address a long way below
 252                  * the stack pointer is only valid if the instruction
 253                  * is one which would update the stack pointer to the
 254                  * address accessed if the instruction completed,
 255                  * i.e. either stwu rs,n(r1) or stwux rs,r1,rb
 256                  * (or the byte, halfword, float or double forms).
 257                  *
 258                  * If we don't check this then any write to the area
 259                  * between the last mapped region and the stack will
 260                  * expand the stack rather than segfaulting.
 261                  */
 262                 if (address + SIGFRAME_MAX_SIZE >= uregs->gpr[1])
 263                         return false;
 264
 265                 if ((flags & FAULT_FLAG_WRITE) && (flags & FAULT_FLAG_USER) &&
 266                     access_ok(VERIFY_READ, nip, sizeof(*nip))) {
 267                         unsigned int inst;
 268                         int res;
 269
 270                         pagefault_disable();
 271                         res = __get_user_inatomic(inst, nip);
 272                         pagefault_enable();
 273                         if (!res)
 274                                 return !store_updates_sp(inst);
 275                         *must_retry = true;
 276                 }
 277                 return true;
 278         }
 279         return false;
 280 }
 281
 282 static bool access_error(bool is_write, bool is_exec,
 283                          struct vm_area_struct *vma)
 284 {
 285         /*
 286          * Allow execution from readable areas if the MMU does not
 287          * provide separate controls over reading and executing.
 288          *
 289          * Note: That code used to not be enabled for 4xx/BookE.
 290          * It is now as I/D cache coherency for these is done at
 291          * set_pte_at() time and I see no reason why the test
 292          * below wouldn't be valid on those processors. This -may-
 293          * break programs compiled with a really old ABI though.
 294          */
 295         if (is_exec) {
 296                 return !(vma->vm_flags & VM_EXEC) &&
 297                         (cpu_has_feature(CPU_FTR_NOEXECUTE) ||
 298                          !(vma->vm_flags & (VM_READ | VM_WRITE)));
 299         }
 300
 301         if (is_write) {
 302                 if (unlikely(!(vma->vm_flags & VM_WRITE)))
 303                         return true;
 304                 return false;
 305         }
 306
 307         if (unlikely(!(vma->vm_flags & (VM_READ | VM_EXEC | VM_WRITE))))
 308                 return true;
 309
 310         return false;
 311 }
 312
 313 #ifdef CONFIG_PPC_SMLPAR
 314 static inline void cmo_account_page_fault(void)
 315 {
 316         if (firmware_has_feature(FW_FEATURE_CMO)) {
 317                 u32 page_ins;
 318
 319                 preempt_disable();
 320                 page_ins = be32_to_cpu(get_lppaca()->page_ins);
 321                 page_ins += 1 << PAGE_FACTOR;
 322                 get_lppaca()->page_ins = cpu_to_be32(page_ins);
 323                 preempt_enable();
 324         }
 325 }
 326 #else
 327 static inline void cmo_account_page_fault(void) { }
 328 #endif /* CONFIG_PPC_SMLPAR */
 329
 330 #ifdef CONFIG_PPC_STD_MMU
 331 static void sanity_check_fault(bool is_write, unsigned long error_code)
 332 {
 333         /*
 334          * For hash translation mode, we should never get a
 335          * PROTFAULT. Any update to pte to reduce access will result in us
 336          * removing the hash page table entry, thus resulting in a DSISR_NOHPTE
 337          * fault instead of DSISR_PROTFAULT.
 338          *
 339          * A pte update to relax the access will not result in a hash page table
 340          * entry invalidate and hence can result in DSISR_PROTFAULT.
 341          * ptep_set_access_flags() doesn't do a hpte flush. This is why we have
 342          * the special !is_write in the below conditional.
 343          *
 344          * For platforms that doesn't supports coherent icache and do support
 345          * per page noexec bit, we do setup things such that we do the
 346          * sync between D/I cache via fault. But that is handled via low level
 347          * hash fault code (hash_page_do_lazy_icache()) and we should not reach
 348          * here in such case.
 349          *
 350          * For wrong access that can result in PROTFAULT, the above vma->vm_flags
 351          * check should handle those and hence we should fall to the bad_area
 352          * handling correctly.
 353          *
 354          * For embedded with per page exec support that doesn't support coherent
 355          * icache we do get PROTFAULT and we handle that D/I cache sync in
 356          * set_pte_at while taking the noexec/prot fault. Hence this is WARN_ON
 357          * is conditional for server MMU.
 358          *
 359          * For radix, we can get prot fault for autonuma case, because radix
 360          * page table will have them marked noaccess for user.
 361          */
 362         if (!radix_enabled() && !is_write)
 363                 WARN_ON_ONCE(error_code & DSISR_PROTFAULT);
 364 }
 365 #else
 366 static void sanity_check_fault(bool is_write, unsigned long error_code) { }
 367 #endif /* CONFIG_PPC_STD_MMU */
 368
 369 /*
 370  * Define the correct "is_write" bit in error_code based
 371  * on the processor family
 372  */
 373 #if (defined(CONFIG_4xx) || defined(CONFIG_BOOKE))
 374 #define page_fault_is_write(__err)      ((__err) & ESR_DST)
 375 #define page_fault_is_bad(__err)        (0)
 376 #else
 377 #define page_fault_is_write(__err)      ((__err) & DSISR_ISSTORE)
 378 #if defined(CONFIG_PPC_8xx)
 379 #define page_fault_is_bad(__err)        ((__err) & DSISR_NOEXEC_OR_G)
 380 #elif defined(CONFIG_PPC64)
 381 #define page_fault_is_bad(__err)        ((__err) & DSISR_BAD_FAULT_64S)
 382 #else
 383 #define page_fault_is_bad(__err)        ((__err) & DSISR_BAD_FAULT_32S)
 384 #endif
 385 #endif
 386
 387 /*
 388  * For 600- and 800-family processors, the error_code parameter is DSISR
 389  * for a data fault, SRR1 for an instruction fault. For 400-family processors
 390  * the error_code parameter is ESR for a data fault, 0 for an instruction
 391  * fault.
 392  * For 64-bit processors, the error_code parameter is
 393  *  - DSISR for a non-SLB data access fault,
 394  *  - SRR1 & 0x08000000 for a non-SLB instruction access fault
 395  *  - 0 any SLB fault.
 396  *
 397  * The return value is 0 if the fault was handled, or the signal
 398  * number if this is a kernel fault that can't be handled here.
 399  */
 400 static int __do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long address,
 401                            unsigned long error_code)
 402 {
 403         struct vm_area_struct * vma;
 404         struct mm_struct *mm = current->mm;
 405         unsigned int flags = FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY | FAULT_FLAG_KILLABLE;
 406         int is_exec = TRAP(regs) == 0x400;
 407         int is_user = user_mode(regs);
 408         int is_write = page_fault_is_write(error_code);
 409         int fault, major = 0;
 410         bool must_retry = false;
 411
 412         if (notify_page_fault(regs))
 413                 return 0;
 414
 415         if (unlikely(page_fault_is_bad(error_code))) {
 416                 if (is_user) {
 417                         _exception(SIGBUS, regs, BUS_OBJERR, address);
 418                         return 0;
 419                 }
 420                 return SIGBUS;
 421         }
 422
 423         /* Additional sanity check(s) */
 424         sanity_check_fault(is_write, error_code);
 425
 426         /*
 427          * The kernel should never take an execute fault nor should it
 428          * take a page fault to a kernel address.
 429          */
 430         if (unlikely(!is_user && bad_kernel_fault(is_exec, error_code, address)))
 431                 return SIGSEGV;
 432
 433         /*
 434          * If we're in an interrupt, have no user context or are running
 435          * in a region with pagefaults disabled then we must not take the fault
 436          */
 437         if (unlikely(faulthandler_disabled() || !mm)) {
 438                 if (is_user)
 439                         printk_ratelimited(KERN_ERR "Page fault in user mode"
 440                                            " with faulthandler_disabled()=%d"
 441                                            " mm=%p\n",
 442                                            faulthandler_disabled(), mm);
 443                 return bad_area_nosemaphore(regs, address);
 444         }
 445
 446         /* We restore the interrupt state now */
 447         if (!arch_irq_disabled_regs(regs))
 448                 local_irq_enable();
 449
 450         perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS, 1, regs, address);
 451
 452         /*
 453          * We want to do this outside mmap_sem, because reading code around nip
 454          * can result in fault, which will cause a deadlock when called with
 455          * mmap_sem held
 456          */
 457         if (is_user)
 458                 flags |= FAULT_FLAG_USER;
 459         if (is_write)
 460                 flags |= FAULT_FLAG_WRITE;
 461         if (is_exec)
 462                 flags |= FAULT_FLAG_INSTRUCTION;
 463
 464         /* When running in the kernel we expect faults to occur only to
 465          * addresses in user space.  All other faults represent errors in the
 466          * kernel and should generate an OOPS.  Unfortunately, in the case of an
 467          * erroneous fault occurring in a code path which already holds mmap_sem
 468          * we will deadlock attempting to validate the fault against the
 469          * address space.  Luckily the kernel only validly references user
 470          * space from well defined areas of code, which are listed in the
 471          * exceptions table.
 472          *
 473          * As the vast majority of faults will be valid we will only perform
 474          * the source reference check when there is a possibility of a deadlock.
 475          * Attempt to lock the address space, if we cannot we then validate the
 476          * source.  If this is invalid we can skip the address space check,
 477          * thus avoiding the deadlock.
 478          */
 479         if (unlikely(!down_read_trylock(&mm->mmap_sem))) {
 480                 if (!is_user && !search_exception_tables(regs->nip))
 481                         return bad_area_nosemaphore(regs, address);
 482
 483 retry:
 484                 down_read(&mm->mmap_sem);
 485         } else {
 486                 /*
 487                  * The above down_read_trylock() might have succeeded in
 488                  * which case we'll have missed the might_sleep() from
 489                  * down_read():
 490                  */
 491                 might_sleep();
 492         }
 493
 494         vma = find_vma(mm, address);
 495         if (unlikely(!vma))
 496                 return bad_area(regs, address);
 497         if (likely(vma->vm_start <= address))
 498                 goto good_area;
 499         if (unlikely(!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN)))
 500                 return bad_area(regs, address);
 501
 502         /* The stack is being expanded, check if it's valid */
 503         if (unlikely(bad_stack_expansion(regs, address, vma, flags,
 504                                          &must_retry))) {
 505                 if (!must_retry)
 506                         return bad_area(regs, address);
 507
 508                 up_read(&mm->mmap_sem);
 509                 if (fault_in_pages_readable((const char __user *)regs->nip,
 510                                             sizeof(unsigned int)))
 511                         return bad_area_nosemaphore(regs, address);
 512                 goto retry;
 513         }
 514
 515         /* Try to expand it */
 516         if (unlikely(expand_stack(vma, address)))
 517                 return bad_area(regs, address);
 518
 519 good_area:
 520         if (unlikely(access_error(is_write, is_exec, vma)))
 521                 return bad_access(regs, address);
 522
 523         /*
 524          * If for any reason at all we couldn't handle the fault,
 525          * make sure we exit gracefully rather than endlessly redo
 526          * the fault.
 527          */
 528         fault = handle_mm_fault(vma, address, flags);
 529         major |= fault & VM_FAULT_MAJOR;
 530
 531         /*
 532          * Handle the retry right now, the mmap_sem has been released in that
 533          * case.
 534          */
 535         if (unlikely(fault & VM_FAULT_RETRY)) {
 536                 /* We retry only once */
 537                 if (flags & FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY) {
 538                         /*
 539                          * Clear FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY to avoid any risk
 540                          * of starvation.
 541                          */
 542                         flags &= ~FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY;
 543                         flags |= FAULT_FLAG_TRIED;
 544                         if (!fatal_signal_pending(current))
 545                                 goto retry;
 546                 }
 547
 548                 /*
 549                  * User mode? Just return to handle the fatal exception otherwise
 550                  * return to bad_page_fault
 551                  */
 552                 return is_user ? 0 : SIGBUS;
 553         }
 554
 555         up_read(&current->mm->mmap_sem);
 556
 557         if (unlikely(fault & VM_FAULT_ERROR))
 558                 return mm_fault_error(regs, address, fault);
 559
 560         /*
 561          * Major/minor page fault accounting.
 562          */
 563         if (major) {
 564                 current->maj_flt++;
 565                 perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS_MAJ, 1, regs, address);
 566                 cmo_account_page_fault();
 567         } else {
 568                 current->min_flt++;
 569                 perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS_MIN, 1, regs, address);
 570         }
 571         return 0;
 572 }
 573 NOKPROBE_SYMBOL(__do_page_fault);
 574
 575 int do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long address,
 576                   unsigned long error_code)
 577 {
 578         enum ctx_state prev_state = exception_enter();
 579         int rc = __do_page_fault(regs, address, error_code);
 580         exception_exit(prev_state);
 581         return rc;
 582 }
 583 NOKPROBE_SYMBOL(do_page_fault);
 584
 585 /*
 586  * bad_page_fault is called when we have a bad access from the kernel.
 587  * It is called from the DSI and ISI handlers in head.S and from some
 588  * of the procedures in traps.c.
 589  */
 590 void bad_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long address, int sig)
 591 {
 592         const struct exception_table_entry *entry;
 593
 594         /* Are we prepared to handle this fault?  */
 595         if ((entry = search_exception_tables(regs->nip)) != NULL) {
 596                 regs->nip = extable_fixup(entry);
 597                 return;
 598         }
 599
 600         /* kernel has accessed a bad area */
 601
 602         switch (regs->trap) {
 603         case 0x300:
 604         case 0x380:
 605                 pr_alert("BUG: %s at 0x%08lx\n",
 606                          regs->dar < PAGE_SIZE ? "Kernel NULL pointer dereference" :
 607                          "Unable to handle kernel data access", regs->dar);
 608                 break;
 609         case 0x400:
 610         case 0x480:
 611                 pr_alert("BUG: Unable to handle kernel instruction fetch%s",
 612                          regs->nip < PAGE_SIZE ? " (NULL pointer?)\n" : "\n");
 613                 break;
 614         case 0x600:
 615                 pr_alert("BUG: Unable to handle kernel unaligned access at 0x%08lx\n",
 616                          regs->dar);
 617                 break;
 618         default:
 619                 pr_alert("BUG: Unable to handle unknown paging fault at 0x%08lx\n",
 620                          regs->dar);
 621                 break;
 622         }
 623         printk(KERN_ALERT "Faulting instruction address: 0x%08lx\n",
 624                 regs->nip);
 625
 626         if (task_stack_end_corrupted(current))
 627                 printk(KERN_ALERT "Thread overran stack, or stack corrupted\n");
 628
 629         die("Kernel access of bad area", regs, sig);
 630 }