arch/x86/kernel/process_64.c

   1 /*
   2  *  Copyright (C) 1995  Linus Torvalds
   3  *
   4  *  Pentium III FXSR, SSE support
   5  *      Gareth Hughes <gareth@valinux.com>, May 2000
   6  *
   7  *  X86-64 port
   8  *      Andi Kleen.
   9  *
  10  *      CPU hotplug support - ashok.raj@intel.com
  11  */
  12
  13 /*
  14  * This file handles the architecture-dependent parts of process handling..
  15  */
  16
  17 #include <linux/cpu.h>
  18 #include <linux/errno.h>
  19 #include <linux/sched.h>
  20 #include <linux/fs.h>
  21 #include <linux/kernel.h>
  22 #include <linux/mm.h>
  23 #include <linux/elfcore.h>
  24 #include <linux/smp.h>
  25 #include <linux/slab.h>
  26 #include <linux/user.h>
  27 #include <linux/interrupt.h>
  28 #include <linux/delay.h>
  29 #include <linux/module.h>
  30 #include <linux/ptrace.h>
  31 #include <linux/notifier.h>
  32 #include <linux/kprobes.h>
  33 #include <linux/kdebug.h>
  34 #include <linux/prctl.h>
  35 #include <linux/uaccess.h>
  36 #include <linux/io.h>
  37 #include <linux/ftrace.h>
  38
  39 #include <asm/pgtable.h>
  40 #include <asm/processor.h>
  41 #include <asm/fpu/internal.h>
  42 #include <asm/mmu_context.h>
  43 #include <asm/prctl.h>
  44 #include <asm/desc.h>
  45 #include <asm/proto.h>
  46 #include <asm/ia32.h>
  47 #include <asm/idle.h>
  48 #include <asm/syscalls.h>
  49 #include <asm/debugreg.h>
  50 #include <asm/switch_to.h>
  51 #include <asm/xen/hypervisor.h>
  52
  53 #include "process.h"
  54
  55 asmlinkage extern void ret_from_fork(void);
  56
  57 __visible DEFINE_PER_CPU(unsigned long, rsp_scratch);
  58
  59 /* Prints also some state that isn't saved in the pt_regs */
  60 void __show_regs(struct pt_regs *regs, int all)
  61 {
  62         unsigned long cr0 = 0L, cr2 = 0L, cr3 = 0L, cr4 = 0L, fs, gs, shadowgs;
  63         unsigned long d0, d1, d2, d3, d6, d7;
  64         unsigned int fsindex, gsindex;
  65         unsigned int ds, cs, es;
  66
  67         printk(KERN_DEFAULT "RIP: %04lx:[<%016lx>] ", regs->cs & 0xffff, regs->ip);
  68         printk_address(regs->ip);
  69         printk(KERN_DEFAULT "RSP: %04lx:%016lx  EFLAGS: %08lx\n", regs->ss,
  70                         regs->sp, regs->flags);
  71         printk(KERN_DEFAULT "RAX: %016lx RBX: %016lx RCX: %016lx\n",
  72                regs->ax, regs->bx, regs->cx);
  73         printk(KERN_DEFAULT "RDX: %016lx RSI: %016lx RDI: %016lx\n",
  74                regs->dx, regs->si, regs->di);
  75         printk(KERN_DEFAULT "RBP: %016lx R08: %016lx R09: %016lx\n",
  76                regs->bp, regs->r8, regs->r9);
  77         printk(KERN_DEFAULT "R10: %016lx R11: %016lx R12: %016lx\n",
  78                regs->r10, regs->r11, regs->r12);
  79         printk(KERN_DEFAULT "R13: %016lx R14: %016lx R15: %016lx\n",
  80                regs->r13, regs->r14, regs->r15);
  81
  82         asm("movl %%ds,%0" : "=r" (ds));
  83         asm("movl %%cs,%0" : "=r" (cs));
  84         asm("movl %%es,%0" : "=r" (es));
  85         asm("movl %%fs,%0" : "=r" (fsindex));
  86         asm("movl %%gs,%0" : "=r" (gsindex));
  87
  88         rdmsrl(MSR_FS_BASE, fs);
  89         rdmsrl(MSR_GS_BASE, gs);
  90         rdmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, shadowgs);
  91
  92         if (!all)
  93                 return;
  94
  95         cr0 = read_cr0();
  96         cr2 = read_cr2();
  97         cr3 = read_cr3();
  98         cr4 = __read_cr4();
  99
 100         printk(KERN_DEFAULT "FS:  %016lx(%04x) GS:%016lx(%04x) knlGS:%016lx\n",
 101                fs, fsindex, gs, gsindex, shadowgs);
 102         printk(KERN_DEFAULT "CS:  %04x DS: %04x ES: %04x CR0: %016lx\n", cs, ds,
 103                         es, cr0);
 104         printk(KERN_DEFAULT "CR2: %016lx CR3: %016lx CR4: %016lx\n", cr2, cr3,
 105                         cr4);
 106
 107         get_debugreg(d0, 0);
 108         get_debugreg(d1, 1);
 109         get_debugreg(d2, 2);
 110         get_debugreg(d3, 3);
 111         get_debugreg(d6, 6);
 112         get_debugreg(d7, 7);
 113
 114         /* Only print out debug registers if they are in their non-default state. */
 115         if ((d0 == 0) && (d1 == 0) && (d2 == 0) && (d3 == 0) &&
 116             (d6 == DR6_RESERVED) && (d7 == 0x400))
 117                 return;
 118
 119         printk(KERN_DEFAULT "DR0: %016lx DR1: %016lx DR2: %016lx\n", d0, d1, d2);
 120         printk(KERN_DEFAULT "DR3: %016lx DR6: %016lx DR7: %016lx\n", d3, d6, d7);
 121
 122 }
 123
 124 void release_thread(struct task_struct *dead_task)
 125 {
 126         if (dead_task->mm) {
 127 #ifdef CONFIG_MODIFY_LDT_SYSCALL
 128                 if (dead_task->mm->context.ldt) {
 129                         pr_warn("WARNING: dead process %s still has LDT? <%p/%d>\n",
 130                                 dead_task->comm,
 131                                 dead_task->mm->context.ldt->entries,
 132                                 dead_task->mm->context.ldt->size);
 133                         BUG();
 134                 }
 135 #endif
 136         }
 137 }
 138
 139 static inline void set_32bit_tls(struct task_struct *t, int tls, u32 addr)
 140 {
 141         struct user_desc ud = {
 142                 .base_addr = addr,
 143                 .limit = 0xfffff,
 144                 .seg_32bit = 1,
 145                 .limit_in_pages = 1,
 146                 .useable = 1,
 147         };
 148         struct desc_struct *desc = t->thread.tls_array;
 149         desc += tls;
 150         fill_ldt(desc, &ud);
 151 }
 152
 153 static inline u32 read_32bit_tls(struct task_struct *t, int tls)
 154 {
 155         return get_desc_base(&t->thread.tls_array[tls]);
 156 }
 157
 158 int copy_thread_tls(unsigned long clone_flags, unsigned long sp,
 159                 unsigned long arg, struct task_struct *p, unsigned long tls)
 160 {
 161         int err;
 162         struct pt_regs *childregs;
 163         struct task_struct *me = current;
 164
 165         p->thread.sp0 = (unsigned long)task_stack_page(p) + THREAD_SIZE;
 166         childregs = task_pt_regs(p);
 167         p->thread.sp = (unsigned long) childregs;
 168         set_tsk_thread_flag(p, TIF_FORK);
 169         p->thread.io_bitmap_ptr = NULL;
 170
 171         savesegment(gs, p->thread.gsindex);
 172         p->thread.gs = p->thread.gsindex ? 0 : me->thread.gs;
 173         savesegment(fs, p->thread.fsindex);
 174         p->thread.fs = p->thread.fsindex ? 0 : me->thread.fs;
 175         savesegment(es, p->thread.es);
 176         savesegment(ds, p->thread.ds);
 177         memset(p->thread.ptrace_bps, 0, sizeof(p->thread.ptrace_bps));
 178
 179         if (unlikely(p->flags & PF_KTHREAD)) {
 180                 /* kernel thread */
 181                 memset(childregs, 0, sizeof(struct pt_regs));
 182                 childregs->sp = (unsigned long)childregs;
 183                 childregs->ss = __KERNEL_DS;
 184                 childregs->bx = sp; /* function */
 185                 childregs->bp = arg;
 186                 childregs->orig_ax = -1;
 187                 childregs->cs = __KERNEL_CS | get_kernel_rpl();
 188                 childregs->flags = X86_EFLAGS_IF | X86_EFLAGS_FIXED;
 189                 return 0;
 190         }
 191         *childregs = *current_pt_regs();
 192
 193         childregs->ax = 0;
 194         if (sp)
 195                 childregs->sp = sp;
 196
 197         err = -ENOMEM;
 198         if (unlikely(test_tsk_thread_flag(me, TIF_IO_BITMAP))) {
 199                 p->thread.io_bitmap_ptr = kmemdup(me->thread.io_bitmap_ptr,
 200                                                   IO_BITMAP_BYTES, GFP_KERNEL);
 201                 if (!p->thread.io_bitmap_ptr) {
 202                         p->thread.io_bitmap_max = 0;
 203                         return -ENOMEM;
 204                 }
 205                 set_tsk_thread_flag(p, TIF_IO_BITMAP);
 206         }
 207
 208         /*
 209          * Set a new TLS for the child thread?
 210          */
 211         if (clone_flags & CLONE_SETTLS) {
 212 #ifdef CONFIG_IA32_EMULATION
 213                 if (is_ia32_task())
 214                         err = do_set_thread_area(p, -1,
 215                                 (struct user_desc __user *)tls, 0);
 216                 else
 217 #endif
 218                         err = do_arch_prctl(p, ARCH_SET_FS, tls);
 219                 if (err)
 220                         goto out;
 221         }
 222         err = 0;
 223 out:
 224         if (err && p->thread.io_bitmap_ptr) {
 225                 kfree(p->thread.io_bitmap_ptr);
 226                 p->thread.io_bitmap_max = 0;
 227         }
 228
 229         return err;
 230 }
 231
 232 static void
 233 start_thread_common(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip,
 234                     unsigned long new_sp,
 235                     unsigned int _cs, unsigned int _ss, unsigned int _ds)
 236 {
 237         loadsegment(fs, 0);
 238         loadsegment(es, _ds);
 239         loadsegment(ds, _ds);
 240         load_gs_index(0);
 241         regs->ip                = new_ip;
 242         regs->sp                = new_sp;
 243         regs->cs                = _cs;
 244         regs->ss                = _ss;
 245         regs->flags             = X86_EFLAGS_IF;
 246         force_iret();
 247 }
 248
 249 void
 250 start_thread(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip, unsigned long new_sp)
 251 {
 252         start_thread_common(regs, new_ip, new_sp,
 253                             __USER_CS, __USER_DS, 0);
 254 }
 255 EXPORT_SYMBOL_GPL(start_thread);
 256
 257 #ifdef CONFIG_COMPAT
 258 void compat_start_thread(struct pt_regs *regs, u32 new_ip, u32 new_sp)
 259 {
 260         start_thread_common(regs, new_ip, new_sp,
 261                             test_thread_flag(TIF_X32)
 262                             ? __USER_CS : __USER32_CS,
 263                             __USER_DS, __USER_DS);
 264 }
 265 #endif
 266
 267 /*
 268  *      switch_to(x,y) should switch tasks from x to y.
 269  *
 270  * This could still be optimized:
 271  * - fold all the options into a flag word and test it with a single test.
 272  * - could test fs/gs bitsliced
 273  *
 274  * Kprobes not supported here. Set the probe on schedule instead.
 275  * Function graph tracer not supported too.
 276  */
 277 __visible __notrace_funcgraph struct task_struct *
 278 __switch_to(struct task_struct *prev_p, struct task_struct *next_p)
 279 {
 280         struct thread_struct *prev = &prev_p->thread;
 281         struct thread_struct *next = &next_p->thread;
 282         struct fpu *prev_fpu = &prev->fpu;
 283         struct fpu *next_fpu = &next->fpu;
 284         int cpu = smp_processor_id();
 285         struct tss_struct *tss = &per_cpu(cpu_tss, cpu);
 286         unsigned fsindex, gsindex;
 287         fpu_switch_t fpu_switch;
 288
 289         fpu_switch = switch_fpu_prepare(prev_fpu, next_fpu, cpu);
 290
 291         /* We must save %fs and %gs before load_TLS() because
 292          * %fs and %gs may be cleared by load_TLS().
 293          *
 294          * (e.g. xen_load_tls())
 295          */
 296         savesegment(fs, fsindex);
 297         savesegment(gs, gsindex);
 298
 299         /*
 300          * Load TLS before restoring any segments so that segment loads
 301          * reference the correct GDT entries.
 302          */
 303         load_TLS(next, cpu);
 304
 305         /*
 306          * Leave lazy mode, flushing any hypercalls made here.  This
 307          * must be done after loading TLS entries in the GDT but before
 308          * loading segments that might reference them, and and it must
 309          * be done before fpu__restore(), so the TS bit is up to
 310          * date.
 311          */
 312         arch_end_context_switch(next_p);
 313
 314         /* Switch DS and ES.
 315          *
 316          * Reading them only returns the selectors, but writing them (if
 317          * nonzero) loads the full descriptor from the GDT or LDT.  The
 318          * LDT for next is loaded in switch_mm, and the GDT is loaded
 319          * above.
 320          *
 321          * We therefore need to write new values to the segment
 322          * registers on every context switch unless both the new and old
 323          * values are zero.
 324          *
 325          * Note that we don't need to do anything for CS and SS, as
 326          * those are saved and restored as part of pt_regs.
 327          */
 328         savesegment(es, prev->es);
 329         if (unlikely(next->es | prev->es))
 330                 loadsegment(es, next->es);
 331
 332         savesegment(ds, prev->ds);
 333         if (unlikely(next->ds | prev->ds))
 334                 loadsegment(ds, next->ds);
 335
 336         /*
 337          * Switch FS and GS.
 338          *
 339          * These are even more complicated than DS and ES: they have
 340          * 64-bit bases are that controlled by arch_prctl.  Those bases
 341          * only differ from the values in the GDT or LDT if the selector
 342          * is 0.
 343          *
 344          * Loading the segment register resets the hidden base part of
 345          * the register to 0 or the value from the GDT / LDT.  If the
 346          * next base address zero, writing 0 to the segment register is
 347          * much faster than using wrmsr to explicitly zero the base.
 348          *
 349          * The thread_struct.fs and thread_struct.gs values are 0
 350          * if the fs and gs bases respectively are not overridden
 351          * from the values implied by fsindex and gsindex.  They
 352          * are nonzero, and store the nonzero base addresses, if
 353          * the bases are overridden.
 354          *
 355          * (fs != 0 && fsindex != 0) || (gs != 0 && gsindex != 0) should
 356          * be impossible.
 357          *
 358          * Therefore we need to reload the segment registers if either
 359          * the old or new selector is nonzero, and we need to override
 360          * the base address if next thread expects it to be overridden.
 361          *
 362          * This code is unnecessarily slow in the case where the old and
 363          * new indexes are zero and the new base is nonzero -- it will
 364          * unnecessarily write 0 to the selector before writing the new
 365          * base address.
 366          *
 367          * Note: This all depends on arch_prctl being the only way that
 368          * user code can override the segment base.  Once wrfsbase and
 369          * wrgsbase are enabled, most of this code will need to change.
 370          */
 371         if (unlikely(fsindex | next->fsindex | prev->fs)) {
 372                 loadsegment(fs, next->fsindex);
 373
 374                 /*
 375                  * If user code wrote a nonzero value to FS, then it also
 376                  * cleared the overridden base address.
 377                  *
 378                  * XXX: if user code wrote 0 to FS and cleared the base
 379                  * address itself, we won't notice and we'll incorrectly
 380                  * restore the prior base address next time we reschdule
 381                  * the process.
 382                  */
 383                 if (fsindex)
 384                         prev->fs = 0;
 385         }
 386         if (next->fs)
 387                 wrmsrl(MSR_FS_BASE, next->fs);
 388         prev->fsindex = fsindex;
 389
 390         if (unlikely(gsindex | next->gsindex | prev->gs)) {
 391                 load_gs_index(next->gsindex);
 392
 393                 /* This works (and fails) the same way as fsindex above. */
 394                 if (gsindex)
 395                         prev->gs = 0;
 396         }
 397         if (next->gs)
 398                 wrmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, next->gs);
 399         prev->gsindex = gsindex;
 400
 401         switch_fpu_finish(next_fpu, fpu_switch);
 402
 403         /*
 404          * Switch the PDA and FPU contexts.
 405          */
 406         this_cpu_write(current_task, next_p);
 407
 408         /* Reload esp0 and ss1.  This changes current_thread_info(). */
 409         load_sp0(tss, next);
 410
 411         switch_to_extra(prev_p, next_p);
 412
 413 #ifdef CONFIG_XEN
 414         /*
 415          * On Xen PV, IOPL bits in pt_regs->flags have no effect, and
 416          * current_pt_regs()->flags may not match the current task's
 417          * intended IOPL.  We need to switch it manually.
 418          */
 419         if (unlikely(static_cpu_has(X86_FEATURE_XENPV) &&
 420                      prev->iopl != next->iopl))
 421                 xen_set_iopl_mask(next->iopl);
 422 #endif
 423
 424         if (static_cpu_has_bug(X86_BUG_SYSRET_SS_ATTRS)) {
 425                 /*
 426                  * AMD CPUs have a misfeature: SYSRET sets the SS selector but
 427                  * does not update the cached descriptor.  As a result, if we
 428                  * do SYSRET while SS is NULL, we'll end up in user mode with
 429                  * SS apparently equal to __USER_DS but actually unusable.
 430                  *
 431                  * The straightforward workaround would be to fix it up just
 432                  * before SYSRET, but that would slow down the system call
 433                  * fast paths.  Instead, we ensure that SS is never NULL in
 434                  * system call context.  We do this by replacing NULL SS
 435                  * selectors at every context switch.  SYSCALL sets up a valid
 436                  * SS, so the only way to get NULL is to re-enter the kernel
 437                  * from CPL 3 through an interrupt.  Since that can't happen
 438                  * in the same task as a running syscall, we are guaranteed to
 439                  * context switch between every interrupt vector entry and a
 440                  * subsequent SYSRET.
 441                  *
 442                  * We read SS first because SS reads are much faster than
 443                  * writes.  Out of caution, we force SS to __KERNEL_DS even if
 444                  * it previously had a different non-NULL value.
 445                  */
 446                 unsigned short ss_sel;
 447                 savesegment(ss, ss_sel);
 448                 if (ss_sel != __KERNEL_DS)
 449                         loadsegment(ss, __KERNEL_DS);
 450         }
 451
 452         return prev_p;
 453 }
 454
 455 void set_personality_64bit(void)
 456 {
 457         /* inherit personality from parent */
 458
 459         /* Make sure to be in 64bit mode */
 460         clear_thread_flag(TIF_IA32);
 461         clear_thread_flag(TIF_ADDR32);
 462         clear_thread_flag(TIF_X32);
 463
 464         /* Ensure the corresponding mm is not marked. */
 465         if (current->mm)
 466                 current->mm->context.ia32_compat = 0;
 467
 468         /* TBD: overwrites user setup. Should have two bits.
 469            But 64bit processes have always behaved this way,
 470            so it's not too bad. The main problem is just that
 471            32bit childs are affected again. */
 472         current->personality &= ~READ_IMPLIES_EXEC;
 473 }
 474
 475 void set_personality_ia32(bool x32)
 476 {
 477         /* inherit personality from parent */
 478
 479         /* Make sure to be in 32bit mode */
 480         set_thread_flag(TIF_ADDR32);
 481
 482         /* Mark the associated mm as containing 32-bit tasks. */
 483         if (x32) {
 484                 clear_thread_flag(TIF_IA32);
 485                 set_thread_flag(TIF_X32);
 486                 if (current->mm)
 487                         current->mm->context.ia32_compat = TIF_X32;
 488                 current->personality &= ~READ_IMPLIES_EXEC;
 489                 /* is_compat_task() uses the presence of the x32
 490                    syscall bit flag to determine compat status */
 491                 current_thread_info()->status &= ~TS_COMPAT;
 492         } else {
 493                 set_thread_flag(TIF_IA32);
 494                 clear_thread_flag(TIF_X32);
 495                 if (current->mm)
 496                         current->mm->context.ia32_compat = TIF_IA32;
 497                 current->personality |= force_personality32;
 498                 /* Prepare the first "return" to user space */
 499                 current_thread_info()->status |= TS_COMPAT;
 500         }
 501 }
 502 EXPORT_SYMBOL_GPL(set_personality_ia32);
 503
 504 long do_arch_prctl(struct task_struct *task, int code, unsigned long addr)
 505 {
 506         int ret = 0;
 507         int doit = task == current;
 508         int cpu;
 509
 510         switch (code) {
 511         case ARCH_SET_GS:
 512                 if (addr >= TASK_SIZE_OF(task))
 513                         return -EPERM;
 514                 cpu = get_cpu();
 515                 /* handle small bases via the GDT because that's faster to
 516                    switch. */
 517                 if (addr <= 0xffffffff) {
 518                         set_32bit_tls(task, GS_TLS, addr);
 519                         if (doit) {
 520                                 load_TLS(&task->thread, cpu);
 521                                 load_gs_index(GS_TLS_SEL);
 522                         }
 523                         task->thread.gsindex = GS_TLS_SEL;
 524                         task->thread.gs = 0;
 525                 } else {
 526                         task->thread.gsindex = 0;
 527                         task->thread.gs = addr;
 528                         if (doit) {
 529                                 load_gs_index(0);
 530                                 ret = wrmsrl_safe(MSR_KERNEL_GS_BASE, addr);
 531                         }
 532                 }
 533                 put_cpu();
 534                 break;
 535         case ARCH_SET_FS:
 536                 /* Not strictly needed for fs, but do it for symmetry
 537                    with gs */
 538                 if (addr >= TASK_SIZE_OF(task))
 539                         return -EPERM;
 540                 cpu = get_cpu();
 541                 /* handle small bases via the GDT because that's faster to
 542                    switch. */
 543                 if (addr <= 0xffffffff) {
 544                         set_32bit_tls(task, FS_TLS, addr);
 545                         if (doit) {
 546                                 load_TLS(&task->thread, cpu);
 547                                 loadsegment(fs, FS_TLS_SEL);
 548                         }
 549                         task->thread.fsindex = FS_TLS_SEL;
 550                         task->thread.fs = 0;
 551                 } else {
 552                         task->thread.fsindex = 0;
 553                         task->thread.fs = addr;
 554                         if (doit) {
 555                                 /* set the selector to 0 to not confuse
 556                                    __switch_to */
 557                                 loadsegment(fs, 0);
 558                                 ret = wrmsrl_safe(MSR_FS_BASE, addr);
 559                         }
 560                 }
 561                 put_cpu();
 562                 break;
 563         case ARCH_GET_FS: {
 564                 unsigned long base;
 565                 if (task->thread.fsindex == FS_TLS_SEL)
 566                         base = read_32bit_tls(task, FS_TLS);
 567                 else if (doit)
 568                         rdmsrl(MSR_FS_BASE, base);
 569                 else
 570                         base = task->thread.fs;
 571                 ret = put_user(base, (unsigned long __user *)addr);
 572                 break;
 573         }
 574         case ARCH_GET_GS: {
 575                 unsigned long base;
 576                 unsigned gsindex;
 577                 if (task->thread.gsindex == GS_TLS_SEL)
 578                         base = read_32bit_tls(task, GS_TLS);
 579                 else if (doit) {
 580                         savesegment(gs, gsindex);
 581                         if (gsindex)
 582                                 rdmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, base);
 583                         else
 584                                 base = task->thread.gs;
 585                 } else
 586                         base = task->thread.gs;
 587                 ret = put_user(base, (unsigned long __user *)addr);
 588                 break;
 589         }
 590
 591         default:
 592                 ret = -EINVAL;
 593                 break;
 594         }
 595
 596         return ret;
 597 }
 598
 599 long sys_arch_prctl(int code, unsigned long addr)
 600 {
 601         return do_arch_prctl(current, code, addr);
 602 }
 603
 604 unsigned long KSTK_ESP(struct task_struct *task)
 605 {
 606         return task_pt_regs(task)->sp;
 607 }