GNU Linux-libre 4.9.337-gnu1
[releases.git] / 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/export.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 #include <asm/vdso.h>
53
54 #include "process.h"
55
56 __visible DEFINE_PER_CPU(unsigned long, rsp_scratch);
57
58 /* Prints also some state that isn't saved in the pt_regs */
59 void __show_regs(struct pt_regs *regs, int all)
60 {
61         unsigned long cr0 = 0L, cr2 = 0L, cr3 = 0L, cr4 = 0L, fs, gs, shadowgs;
62         unsigned long d0, d1, d2, d3, d6, d7;
63         unsigned int fsindex, gsindex;
64         unsigned int ds, cs, es;
65
66         printk(KERN_DEFAULT "RIP: %04lx:[<%016lx>] ", regs->cs & 0xffff, regs->ip);
67         printk_address(regs->ip);
68         printk(KERN_DEFAULT "RSP: %04lx:%016lx  EFLAGS: %08lx\n", regs->ss,
69                         regs->sp, regs->flags);
70         printk(KERN_DEFAULT "RAX: %016lx RBX: %016lx RCX: %016lx\n",
71                regs->ax, regs->bx, regs->cx);
72         printk(KERN_DEFAULT "RDX: %016lx RSI: %016lx RDI: %016lx\n",
73                regs->dx, regs->si, regs->di);
74         printk(KERN_DEFAULT "RBP: %016lx R08: %016lx R09: %016lx\n",
75                regs->bp, regs->r8, regs->r9);
76         printk(KERN_DEFAULT "R10: %016lx R11: %016lx R12: %016lx\n",
77                regs->r10, regs->r11, regs->r12);
78         printk(KERN_DEFAULT "R13: %016lx R14: %016lx R15: %016lx\n",
79                regs->r13, regs->r14, regs->r15);
80
81         asm("movl %%ds,%0" : "=r" (ds));
82         asm("movl %%cs,%0" : "=r" (cs));
83         asm("movl %%es,%0" : "=r" (es));
84         asm("movl %%fs,%0" : "=r" (fsindex));
85         asm("movl %%gs,%0" : "=r" (gsindex));
86
87         rdmsrl(MSR_FS_BASE, fs);
88         rdmsrl(MSR_GS_BASE, gs);
89         rdmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, shadowgs);
90
91         if (!all)
92                 return;
93
94         cr0 = read_cr0();
95         cr2 = read_cr2();
96         cr3 = read_cr3();
97         cr4 = __read_cr4();
98
99         printk(KERN_DEFAULT "FS:  %016lx(%04x) GS:%016lx(%04x) knlGS:%016lx\n",
100                fs, fsindex, gs, gsindex, shadowgs);
101         printk(KERN_DEFAULT "CS:  %04x DS: %04x ES: %04x CR0: %016lx\n", cs, ds,
102                         es, cr0);
103         printk(KERN_DEFAULT "CR2: %016lx CR3: %016lx CR4: %016lx\n", cr2, cr3,
104                         cr4);
105
106         get_debugreg(d0, 0);
107         get_debugreg(d1, 1);
108         get_debugreg(d2, 2);
109         get_debugreg(d3, 3);
110         get_debugreg(d6, 6);
111         get_debugreg(d7, 7);
112
113         /* Only print out debug registers if they are in their non-default state. */
114         if (!((d0 == 0) && (d1 == 0) && (d2 == 0) && (d3 == 0) &&
115             (d6 == DR6_RESERVED) && (d7 == 0x400))) {
116                 printk(KERN_DEFAULT "DR0: %016lx DR1: %016lx DR2: %016lx\n",
117                        d0, d1, d2);
118                 printk(KERN_DEFAULT "DR3: %016lx DR6: %016lx DR7: %016lx\n",
119                        d3, d6, d7);
120         }
121
122         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_OSPKE))
123                 printk(KERN_DEFAULT "PKRU: %08x\n", read_pkru());
124 }
125
126 void release_thread(struct task_struct *dead_task)
127 {
128         if (dead_task->mm) {
129 #ifdef CONFIG_MODIFY_LDT_SYSCALL
130                 if (dead_task->mm->context.ldt) {
131                         pr_warn("WARNING: dead process %s still has LDT? <%p/%d>\n",
132                                 dead_task->comm,
133                                 dead_task->mm->context.ldt->entries,
134                                 dead_task->mm->context.ldt->size);
135                         BUG();
136                 }
137 #endif
138         }
139 }
140
141 enum which_selector {
142         FS,
143         GS
144 };
145
146 /*
147  * Saves the FS or GS base for an outgoing thread if FSGSBASE extensions are
148  * not available.  The goal is to be reasonably fast on non-FSGSBASE systems.
149  * It's forcibly inlined because it'll generate better code and this function
150  * is hot.
151  */
152 static __always_inline void save_base_legacy(struct task_struct *prev_p,
153                                              unsigned short selector,
154                                              enum which_selector which)
155 {
156         if (likely(selector == 0)) {
157                 /*
158                  * On Intel (without X86_BUG_NULL_SEG), the segment base could
159                  * be the pre-existing saved base or it could be zero.  On AMD
160                  * (with X86_BUG_NULL_SEG), the segment base could be almost
161                  * anything.
162                  *
163                  * This branch is very hot (it's hit twice on almost every
164                  * context switch between 64-bit programs), and avoiding
165                  * the RDMSR helps a lot, so we just assume that whatever
166                  * value is already saved is correct.  This matches historical
167                  * Linux behavior, so it won't break existing applications.
168                  *
169                  * To avoid leaking state, on non-X86_BUG_NULL_SEG CPUs, if we
170                  * report that the base is zero, it needs to actually be zero:
171                  * see the corresponding logic in load_seg_legacy.
172                  */
173         } else {
174                 /*
175                  * If the selector is 1, 2, or 3, then the base is zero on
176                  * !X86_BUG_NULL_SEG CPUs and could be anything on
177                  * X86_BUG_NULL_SEG CPUs.  In the latter case, Linux
178                  * has never attempted to preserve the base across context
179                  * switches.
180                  *
181                  * If selector > 3, then it refers to a real segment, and
182                  * saving the base isn't necessary.
183                  */
184                 if (which == FS)
185                         prev_p->thread.fsbase = 0;
186                 else
187                         prev_p->thread.gsbase = 0;
188         }
189 }
190
191 static __always_inline void save_fsgs(struct task_struct *task)
192 {
193         savesegment(fs, task->thread.fsindex);
194         savesegment(gs, task->thread.gsindex);
195         save_base_legacy(task, task->thread.fsindex, FS);
196         save_base_legacy(task, task->thread.gsindex, GS);
197 }
198
199 static __always_inline void loadseg(enum which_selector which,
200                                     unsigned short sel)
201 {
202         if (which == FS)
203                 loadsegment(fs, sel);
204         else
205                 load_gs_index(sel);
206 }
207
208 static __always_inline void load_seg_legacy(unsigned short prev_index,
209                                             unsigned long prev_base,
210                                             unsigned short next_index,
211                                             unsigned long next_base,
212                                             enum which_selector which)
213 {
214         if (likely(next_index <= 3)) {
215                 /*
216                  * The next task is using 64-bit TLS, is not using this
217                  * segment at all, or is having fun with arcane CPU features.
218                  */
219                 if (next_base == 0) {
220                         /*
221                          * Nasty case: on AMD CPUs, we need to forcibly zero
222                          * the base.
223                          */
224                         if (static_cpu_has_bug(X86_BUG_NULL_SEG)) {
225                                 loadseg(which, __USER_DS);
226                                 loadseg(which, next_index);
227                         } else {
228                                 /*
229                                  * We could try to exhaustively detect cases
230                                  * under which we can skip the segment load,
231                                  * but there's really only one case that matters
232                                  * for performance: if both the previous and
233                                  * next states are fully zeroed, we can skip
234                                  * the load.
235                                  *
236                                  * (This assumes that prev_base == 0 has no
237                                  * false positives.  This is the case on
238                                  * Intel-style CPUs.)
239                                  */
240                                 if (likely(prev_index | next_index | prev_base))
241                                         loadseg(which, next_index);
242                         }
243                 } else {
244                         if (prev_index != next_index)
245                                 loadseg(which, next_index);
246                         wrmsrl(which == FS ? MSR_FS_BASE : MSR_KERNEL_GS_BASE,
247                                next_base);
248                 }
249         } else {
250                 /*
251                  * The next task is using a real segment.  Loading the selector
252                  * is sufficient.
253                  */
254                 loadseg(which, next_index);
255         }
256 }
257
258 int copy_thread_tls(unsigned long clone_flags, unsigned long sp,
259                 unsigned long arg, struct task_struct *p, unsigned long tls)
260 {
261         int err;
262         struct pt_regs *childregs;
263         struct fork_frame *fork_frame;
264         struct inactive_task_frame *frame;
265         struct task_struct *me = current;
266
267         p->thread.sp0 = (unsigned long)task_stack_page(p) + THREAD_SIZE;
268         childregs = task_pt_regs(p);
269         fork_frame = container_of(childregs, struct fork_frame, regs);
270         frame = &fork_frame->frame;
271
272         /*
273          * For a new task use the RESET flags value since there is no before.
274          * All the status flags are zero; DF and all the system flags must also
275          * be 0, specifically IF must be 0 because we context switch to the new
276          * task with interrupts disabled.
277          */
278         frame->flags = X86_EFLAGS_FIXED;
279         frame->bp = 0;
280         frame->ret_addr = (unsigned long) ret_from_fork;
281         p->thread.sp = (unsigned long) fork_frame;
282         p->thread.io_bitmap_ptr = NULL;
283
284         savesegment(gs, p->thread.gsindex);
285         p->thread.gsbase = p->thread.gsindex ? 0 : me->thread.gsbase;
286         savesegment(fs, p->thread.fsindex);
287         p->thread.fsbase = p->thread.fsindex ? 0 : me->thread.fsbase;
288         savesegment(es, p->thread.es);
289         savesegment(ds, p->thread.ds);
290         memset(p->thread.ptrace_bps, 0, sizeof(p->thread.ptrace_bps));
291
292         if (unlikely(p->flags & PF_KTHREAD)) {
293                 /* kernel thread */
294                 memset(childregs, 0, sizeof(struct pt_regs));
295                 frame->bx = sp;         /* function */
296                 frame->r12 = arg;
297                 return 0;
298         }
299         frame->bx = 0;
300         *childregs = *current_pt_regs();
301
302         childregs->ax = 0;
303         if (sp)
304                 childregs->sp = sp;
305
306         err = -ENOMEM;
307         if (unlikely(test_tsk_thread_flag(me, TIF_IO_BITMAP))) {
308                 p->thread.io_bitmap_ptr = kmemdup(me->thread.io_bitmap_ptr,
309                                                   IO_BITMAP_BYTES, GFP_KERNEL);
310                 if (!p->thread.io_bitmap_ptr) {
311                         p->thread.io_bitmap_max = 0;
312                         return -ENOMEM;
313                 }
314                 set_tsk_thread_flag(p, TIF_IO_BITMAP);
315         }
316
317         /*
318          * Set a new TLS for the child thread?
319          */
320         if (clone_flags & CLONE_SETTLS) {
321 #ifdef CONFIG_IA32_EMULATION
322                 if (in_ia32_syscall())
323                         err = do_set_thread_area(p, -1,
324                                 (struct user_desc __user *)tls, 0);
325                 else
326 #endif
327                         err = do_arch_prctl(p, ARCH_SET_FS, tls);
328                 if (err)
329                         goto out;
330         }
331         err = 0;
332 out:
333         if (err && p->thread.io_bitmap_ptr) {
334                 kfree(p->thread.io_bitmap_ptr);
335                 p->thread.io_bitmap_max = 0;
336         }
337
338         return err;
339 }
340
341 static void
342 start_thread_common(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip,
343                     unsigned long new_sp,
344                     unsigned int _cs, unsigned int _ss, unsigned int _ds)
345 {
346         WARN_ON_ONCE(regs != current_pt_regs());
347
348         if (static_cpu_has(X86_BUG_NULL_SEG)) {
349                 /* Loading zero below won't clear the base. */
350                 loadsegment(fs, __USER_DS);
351                 load_gs_index(__USER_DS);
352         }
353
354         loadsegment(fs, 0);
355         loadsegment(es, _ds);
356         loadsegment(ds, _ds);
357         load_gs_index(0);
358
359         regs->ip                = new_ip;
360         regs->sp                = new_sp;
361         regs->cs                = _cs;
362         regs->ss                = _ss;
363         regs->flags             = X86_EFLAGS_IF;
364         force_iret();
365 }
366
367 void
368 start_thread(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip, unsigned long new_sp)
369 {
370         start_thread_common(regs, new_ip, new_sp,
371                             __USER_CS, __USER_DS, 0);
372 }
373 EXPORT_SYMBOL_GPL(start_thread);
374
375 #ifdef CONFIG_COMPAT
376 void compat_start_thread(struct pt_regs *regs, u32 new_ip, u32 new_sp)
377 {
378         start_thread_common(regs, new_ip, new_sp,
379                             test_thread_flag(TIF_X32)
380                             ? __USER_CS : __USER32_CS,
381                             __USER_DS, __USER_DS);
382 }
383 #endif
384
385 /*
386  *      switch_to(x,y) should switch tasks from x to y.
387  *
388  * This could still be optimized:
389  * - fold all the options into a flag word and test it with a single test.
390  * - could test fs/gs bitsliced
391  *
392  * Kprobes not supported here. Set the probe on schedule instead.
393  * Function graph tracer not supported too.
394  */
395 __visible __notrace_funcgraph struct task_struct *
396 __switch_to(struct task_struct *prev_p, struct task_struct *next_p)
397 {
398         struct thread_struct *prev = &prev_p->thread;
399         struct thread_struct *next = &next_p->thread;
400         struct fpu *prev_fpu = &prev->fpu;
401         struct fpu *next_fpu = &next->fpu;
402         int cpu = smp_processor_id();
403         struct tss_struct *tss = &per_cpu(cpu_tss, cpu);
404         fpu_switch_t fpu_switch;
405
406         fpu_switch = switch_fpu_prepare(prev_fpu, next_fpu, cpu);
407
408         /* We must save %fs and %gs before load_TLS() because
409          * %fs and %gs may be cleared by load_TLS().
410          *
411          * (e.g. xen_load_tls())
412          */
413         save_fsgs(prev_p);
414
415         /*
416          * Load TLS before restoring any segments so that segment loads
417          * reference the correct GDT entries.
418          */
419         load_TLS(next, cpu);
420
421         /*
422          * Leave lazy mode, flushing any hypercalls made here.  This
423          * must be done after loading TLS entries in the GDT but before
424          * loading segments that might reference them, and and it must
425          * be done before fpu__restore(), so the TS bit is up to
426          * date.
427          */
428         arch_end_context_switch(next_p);
429
430         /* Switch DS and ES.
431          *
432          * Reading them only returns the selectors, but writing them (if
433          * nonzero) loads the full descriptor from the GDT or LDT.  The
434          * LDT for next is loaded in switch_mm, and the GDT is loaded
435          * above.
436          *
437          * We therefore need to write new values to the segment
438          * registers on every context switch unless both the new and old
439          * values are zero.
440          *
441          * Note that we don't need to do anything for CS and SS, as
442          * those are saved and restored as part of pt_regs.
443          */
444         savesegment(es, prev->es);
445         if (unlikely(next->es | prev->es))
446                 loadsegment(es, next->es);
447
448         savesegment(ds, prev->ds);
449         if (unlikely(next->ds | prev->ds))
450                 loadsegment(ds, next->ds);
451
452         load_seg_legacy(prev->fsindex, prev->fsbase,
453                         next->fsindex, next->fsbase, FS);
454         load_seg_legacy(prev->gsindex, prev->gsbase,
455                         next->gsindex, next->gsbase, GS);
456
457         switch_fpu_finish(next_fpu, fpu_switch);
458
459         /*
460          * Switch the PDA and FPU contexts.
461          */
462         this_cpu_write(current_task, next_p);
463
464         /* Reload esp0 and ss1.  This changes current_thread_info(). */
465         load_sp0(tss, next);
466
467         switch_to_extra(prev_p, next_p);
468
469 #ifdef CONFIG_XEN
470         /*
471          * On Xen PV, IOPL bits in pt_regs->flags have no effect, and
472          * current_pt_regs()->flags may not match the current task's
473          * intended IOPL.  We need to switch it manually.
474          */
475         if (unlikely(static_cpu_has(X86_FEATURE_XENPV) &&
476                      prev->iopl != next->iopl))
477                 xen_set_iopl_mask(next->iopl);
478 #endif
479
480         if (static_cpu_has_bug(X86_BUG_SYSRET_SS_ATTRS)) {
481                 /*
482                  * AMD CPUs have a misfeature: SYSRET sets the SS selector but
483                  * does not update the cached descriptor.  As a result, if we
484                  * do SYSRET while SS is NULL, we'll end up in user mode with
485                  * SS apparently equal to __USER_DS but actually unusable.
486                  *
487                  * The straightforward workaround would be to fix it up just
488                  * before SYSRET, but that would slow down the system call
489                  * fast paths.  Instead, we ensure that SS is never NULL in
490                  * system call context.  We do this by replacing NULL SS
491                  * selectors at every context switch.  SYSCALL sets up a valid
492                  * SS, so the only way to get NULL is to re-enter the kernel
493                  * from CPL 3 through an interrupt.  Since that can't happen
494                  * in the same task as a running syscall, we are guaranteed to
495                  * context switch between every interrupt vector entry and a
496                  * subsequent SYSRET.
497                  *
498                  * We read SS first because SS reads are much faster than
499                  * writes.  Out of caution, we force SS to __KERNEL_DS even if
500                  * it previously had a different non-NULL value.
501                  */
502                 unsigned short ss_sel;
503                 savesegment(ss, ss_sel);
504                 if (ss_sel != __KERNEL_DS)
505                         loadsegment(ss, __KERNEL_DS);
506         }
507
508         return prev_p;
509 }
510
511 void set_personality_64bit(void)
512 {
513         /* inherit personality from parent */
514
515         /* Make sure to be in 64bit mode */
516         clear_thread_flag(TIF_IA32);
517         clear_thread_flag(TIF_ADDR32);
518         clear_thread_flag(TIF_X32);
519
520         /* Ensure the corresponding mm is not marked. */
521         if (current->mm)
522                 current->mm->context.ia32_compat = 0;
523
524         /* TBD: overwrites user setup. Should have two bits.
525            But 64bit processes have always behaved this way,
526            so it's not too bad. The main problem is just that
527            32bit childs are affected again. */
528         current->personality &= ~READ_IMPLIES_EXEC;
529 }
530
531 void set_personality_ia32(bool x32)
532 {
533         /* inherit personality from parent */
534
535         /* Make sure to be in 32bit mode */
536         set_thread_flag(TIF_ADDR32);
537
538         /* Mark the associated mm as containing 32-bit tasks. */
539         if (x32) {
540                 clear_thread_flag(TIF_IA32);
541                 set_thread_flag(TIF_X32);
542                 if (current->mm)
543                         current->mm->context.ia32_compat = TIF_X32;
544                 current->personality &= ~READ_IMPLIES_EXEC;
545                 /* in_compat_syscall() uses the presence of the x32
546                    syscall bit flag to determine compat status */
547                 current_thread_info()->status &= ~TS_COMPAT;
548         } else {
549                 set_thread_flag(TIF_IA32);
550                 clear_thread_flag(TIF_X32);
551                 if (current->mm)
552                         current->mm->context.ia32_compat = TIF_IA32;
553                 current->personality |= force_personality32;
554                 /* Prepare the first "return" to user space */
555                 current_thread_info()->status |= TS_COMPAT;
556         }
557 }
558 EXPORT_SYMBOL_GPL(set_personality_ia32);
559
560 #ifdef CONFIG_CHECKPOINT_RESTORE
561 static long prctl_map_vdso(const struct vdso_image *image, unsigned long addr)
562 {
563         int ret;
564
565         ret = map_vdso_once(image, addr);
566         if (ret)
567                 return ret;
568
569         return (long)image->size;
570 }
571 #endif
572
573 long do_arch_prctl(struct task_struct *task, int code, unsigned long addr)
574 {
575         int ret = 0;
576         int doit = task == current;
577         int cpu;
578
579         switch (code) {
580         case ARCH_SET_GS:
581                 if (addr >= TASK_SIZE_MAX)
582                         return -EPERM;
583                 cpu = get_cpu();
584                 task->thread.gsindex = 0;
585                 task->thread.gsbase = addr;
586                 if (doit) {
587                         load_gs_index(0);
588                         ret = wrmsrl_safe(MSR_KERNEL_GS_BASE, addr);
589                 }
590                 put_cpu();
591                 break;
592         case ARCH_SET_FS:
593                 /* Not strictly needed for fs, but do it for symmetry
594                    with gs */
595                 if (addr >= TASK_SIZE_MAX)
596                         return -EPERM;
597                 cpu = get_cpu();
598                 task->thread.fsindex = 0;
599                 task->thread.fsbase = addr;
600                 if (doit) {
601                         /* set the selector to 0 to not confuse __switch_to */
602                         loadsegment(fs, 0);
603                         ret = wrmsrl_safe(MSR_FS_BASE, addr);
604                 }
605                 put_cpu();
606                 break;
607         case ARCH_GET_FS: {
608                 unsigned long base;
609                 if (doit)
610                         rdmsrl(MSR_FS_BASE, base);
611                 else
612                         base = task->thread.fsbase;
613                 ret = put_user(base, (unsigned long __user *)addr);
614                 break;
615         }
616         case ARCH_GET_GS: {
617                 unsigned long base;
618                 if (doit)
619                         rdmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, base);
620                 else
621                         base = task->thread.gsbase;
622                 ret = put_user(base, (unsigned long __user *)addr);
623                 break;
624         }
625
626 #ifdef CONFIG_CHECKPOINT_RESTORE
627 # ifdef CONFIG_X86_X32_ABI
628         case ARCH_MAP_VDSO_X32:
629                 return prctl_map_vdso(&vdso_image_x32, addr);
630 # endif
631 # if defined CONFIG_X86_32 || defined CONFIG_IA32_EMULATION
632         case ARCH_MAP_VDSO_32:
633                 return prctl_map_vdso(&vdso_image_32, addr);
634 # endif
635         case ARCH_MAP_VDSO_64:
636                 return prctl_map_vdso(&vdso_image_64, addr);
637 #endif
638
639         default:
640                 ret = -EINVAL;
641                 break;
642         }
643
644         return ret;
645 }
646
647 long sys_arch_prctl(int code, unsigned long addr)
648 {
649         return do_arch_prctl(current, code, addr);
650 }
651
652 unsigned long KSTK_ESP(struct task_struct *task)
653 {
654         return task_pt_regs(task)->sp;
655 }