kernel/arch/x86/entry/common.c

   1 /*
   2  * common.c - C code for kernel entry and exit
   3  * Copyright (c) 2015 Andrew Lutomirski
   4  * GPL v2
   5  *
   6  * Based on asm and ptrace code by many authors.  The code here originated
   7  * in ptrace.c and signal.c.
   8  */
   9
  10 #include <linux/kernel.h>
  11 #include <linux/sched.h>
  12 #include <linux/mm.h>
  13 #include <linux/smp.h>
  14 #include <linux/errno.h>
  15 #include <linux/ptrace.h>
  16 #include <linux/tracehook.h>
  17 #include <linux/audit.h>
  18 #include <linux/seccomp.h>
  19 #include <linux/signal.h>
  20 #include <linux/export.h>
  21 #include <linux/context_tracking.h>
  22 #include <linux/user-return-notifier.h>
  23 #include <linux/uprobes.h>
  24
  25 #include <asm/desc.h>
  26 #include <asm/traps.h>
  27 #include <asm/vdso.h>
  28 #include <asm/uaccess.h>
  29
  30 #define CREATE_TRACE_POINTS
  31 #include <trace/events/syscalls.h>
  32
  33 static struct thread_info *pt_regs_to_thread_info(struct pt_regs *regs)
  34 {
  35         unsigned long top_of_stack =
  36                 (unsigned long)(regs + 1) + TOP_OF_KERNEL_STACK_PADDING;
  37         return (struct thread_info *)(top_of_stack - THREAD_SIZE);
  38 }
  39
  40 #ifdef CONFIG_CONTEXT_TRACKING
  41 /* Called on entry from user mode with IRQs off. */
  42 __visible void enter_from_user_mode(void)
  43 {
  44         CT_WARN_ON(ct_state() != CONTEXT_USER);
  45         user_exit();
  46 }
  47 #endif
  48
  49 static void do_audit_syscall_entry(struct pt_regs *regs, u32 arch)
  50 {
  51 #ifdef CONFIG_X86_64
  52         if (arch == AUDIT_ARCH_X86_64) {
  53                 audit_syscall_entry(regs->orig_ax, regs->di,
  54                                     regs->si, regs->dx, regs->r10);
  55         } else
  56 #endif
  57         {
  58                 audit_syscall_entry(regs->orig_ax, regs->bx,
  59                                     regs->cx, regs->dx, regs->si);
  60         }
  61 }
  62
  63 /*
  64  * We can return 0 to resume the syscall or anything else to go to phase
  65  * 2.  If we resume the syscall, we need to put something appropriate in
  66  * regs->orig_ax.
  67  *
  68  * NB: We don't have full pt_regs here, but regs->orig_ax and regs->ax
  69  * are fully functional.
  70  *
  71  * For phase 2's benefit, our return value is:
  72  * 0:                   resume the syscall
  73  * 1:                   go to phase 2; no seccomp phase 2 needed
  74  * anything else:       go to phase 2; pass return value to seccomp
  75  */
  76 unsigned long syscall_trace_enter_phase1(struct pt_regs *regs, u32 arch)
  77 {
  78         struct thread_info *ti = pt_regs_to_thread_info(regs);
  79         unsigned long ret = 0;
  80         u32 work;
  81
  82         if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_ENTRY))
  83                 BUG_ON(regs != task_pt_regs(current));
  84
  85         work = ACCESS_ONCE(ti->flags) & _TIF_WORK_SYSCALL_ENTRY;
  86
  87 #ifdef CONFIG_CONTEXT_TRACKING
  88         /*
  89          * If TIF_NOHZ is set, we are required to call user_exit() before
  90          * doing anything that could touch RCU.
  91          */
  92         if (work & _TIF_NOHZ) {
  93                 enter_from_user_mode();
  94                 work &= ~_TIF_NOHZ;
  95         }
  96 #endif
  97
  98 #ifdef CONFIG_SECCOMP
  99         /*
 100          * Do seccomp first -- it should minimize exposure of other
 101          * code, and keeping seccomp fast is probably more valuable
 102          * than the rest of this.
 103          */
 104         if (work & _TIF_SECCOMP) {
 105                 struct seccomp_data sd;
 106
 107                 sd.arch = arch;
 108                 sd.nr = regs->orig_ax;
 109                 sd.instruction_pointer = regs->ip;
 110 #ifdef CONFIG_X86_64
 111                 if (arch == AUDIT_ARCH_X86_64) {
 112                         sd.args[0] = regs->di;
 113                         sd.args[1] = regs->si;
 114                         sd.args[2] = regs->dx;
 115                         sd.args[3] = regs->r10;
 116                         sd.args[4] = regs->r8;
 117                         sd.args[5] = regs->r9;
 118                 } else
 119 #endif
 120                 {
 121                         sd.args[0] = regs->bx;
 122                         sd.args[1] = regs->cx;
 123                         sd.args[2] = regs->dx;
 124                         sd.args[3] = regs->si;
 125                         sd.args[4] = regs->di;
 126                         sd.args[5] = regs->bp;
 127                 }
 128
 129                 BUILD_BUG_ON(SECCOMP_PHASE1_OK != 0);
 130                 BUILD_BUG_ON(SECCOMP_PHASE1_SKIP != 1);
 131
 132                 ret = seccomp_phase1(&sd);
 133                 if (ret == SECCOMP_PHASE1_SKIP) {
 134                         regs->orig_ax = -1;
 135                         ret = 0;
 136                 } else if (ret != SECCOMP_PHASE1_OK) {
 137                         return ret;  /* Go directly to phase 2 */
 138                 }
 139
 140                 work &= ~_TIF_SECCOMP;
 141         }
 142 #endif
 143
 144         /* Do our best to finish without phase 2. */
 145         if (work == 0)
 146                 return ret;  /* seccomp and/or nohz only (ret == 0 here) */
 147
 148 #ifdef CONFIG_AUDITSYSCALL
 149         if (work == _TIF_SYSCALL_AUDIT) {
 150                 /*
 151                  * If there is no more work to be done except auditing,
 152                  * then audit in phase 1.  Phase 2 always audits, so, if
 153                  * we audit here, then we can't go on to phase 2.
 154                  */
 155                 do_audit_syscall_entry(regs, arch);
 156                 return 0;
 157         }
 158 #endif
 159
 160         return 1;  /* Something is enabled that we can't handle in phase 1 */
 161 }
 162
 163 /* Returns the syscall nr to run (which should match regs->orig_ax). */
 164 long syscall_trace_enter_phase2(struct pt_regs *regs, u32 arch,
 165                                 unsigned long phase1_result)
 166 {
 167         struct thread_info *ti = pt_regs_to_thread_info(regs);
 168         long ret = 0;
 169         u32 work = ACCESS_ONCE(ti->flags) & _TIF_WORK_SYSCALL_ENTRY;
 170
 171         if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_ENTRY))
 172                 BUG_ON(regs != task_pt_regs(current));
 173
 174         /*
 175          * If we stepped into a sysenter/syscall insn, it trapped in
 176          * kernel mode; do_debug() cleared TF and set TIF_SINGLESTEP.
 177          * If user-mode had set TF itself, then it's still clear from
 178          * do_debug() and we need to set it again to restore the user
 179          * state.  If we entered on the slow path, TF was already set.
 180          */
 181         if (work & _TIF_SINGLESTEP)
 182                 regs->flags |= X86_EFLAGS_TF;
 183
 184 #ifdef CONFIG_SECCOMP
 185         /*
 186          * Call seccomp_phase2 before running the other hooks so that
 187          * they can see any changes made by a seccomp tracer.
 188          */
 189         if (phase1_result > 1 && seccomp_phase2(phase1_result)) {
 190                 /* seccomp failures shouldn't expose any additional code. */
 191                 return -1;
 192         }
 193 #endif
 194
 195         if (unlikely(work & _TIF_SYSCALL_EMU))
 196                 ret = -1L;
 197
 198         if ((ret || test_thread_flag(TIF_SYSCALL_TRACE)) &&
 199             tracehook_report_syscall_entry(regs))
 200                 ret = -1L;
 201
 202         if (unlikely(test_thread_flag(TIF_SYSCALL_TRACEPOINT)))
 203                 trace_sys_enter(regs, regs->orig_ax);
 204
 205         do_audit_syscall_entry(regs, arch);
 206
 207         return ret ?: regs->orig_ax;
 208 }
 209
 210 long syscall_trace_enter(struct pt_regs *regs)
 211 {
 212         u32 arch = is_ia32_task() ? AUDIT_ARCH_I386 : AUDIT_ARCH_X86_64;
 213         unsigned long phase1_result = syscall_trace_enter_phase1(regs, arch);
 214
 215         if (phase1_result == 0)
 216                 return regs->orig_ax;
 217         else
 218                 return syscall_trace_enter_phase2(regs, arch, phase1_result);
 219 }
 220
 221 #define EXIT_TO_USERMODE_LOOP_FLAGS                             \
 222         (_TIF_SIGPENDING | _TIF_NOTIFY_RESUME | _TIF_UPROBE |   \
 223          _TIF_NEED_RESCHED_MASK | _TIF_USER_RETURN_NOTIFY)
 224
 225 static void exit_to_usermode_loop(struct pt_regs *regs, u32 cached_flags)
 226 {
 227         /*
 228          * In order to return to user mode, we need to have IRQs off with
 229          * none of _TIF_SIGPENDING, _TIF_NOTIFY_RESUME, _TIF_USER_RETURN_NOTIFY,
 230          * _TIF_UPROBE, or _TIF_NEED_RESCHED set.  Several of these flags
 231          * can be set at any time on preemptable kernels if we have IRQs on,
 232          * so we need to loop.  Disabling preemption wouldn't help: doing the
 233          * work to clear some of the flags can sleep.
 234          */
 235         while (true) {
 236                 /* We have work to do. */
 237                 local_irq_enable();
 238
 239                 if (cached_flags & _TIF_NEED_RESCHED_MASK)
 240                         schedule();
 241
 242 #ifdef ARCH_RT_DELAYS_SIGNAL_SEND
 243                 if (unlikely(current->forced_info.si_signo)) {
 244                         struct task_struct *t = current;
 245                         force_sig_info(t->forced_info.si_signo, &t->forced_info, t);
 246                         t->forced_info.si_signo = 0;
 247                 }
 248 #endif
 249                 if (cached_flags & _TIF_UPROBE)
 250                         uprobe_notify_resume(regs);
 251
 252                 /* deal with pending signal delivery */
 253                 if (cached_flags & _TIF_SIGPENDING)
 254                         do_signal(regs);
 255
 256                 if (cached_flags & _TIF_NOTIFY_RESUME) {
 257                         clear_thread_flag(TIF_NOTIFY_RESUME);
 258                         tracehook_notify_resume(regs);
 259                 }
 260
 261                 if (cached_flags & _TIF_USER_RETURN_NOTIFY)
 262                         fire_user_return_notifiers();
 263
 264                 /* Disable IRQs and retry */
 265                 local_irq_disable();
 266
 267                 cached_flags = READ_ONCE(pt_regs_to_thread_info(regs)->flags);
 268
 269                 if (!(cached_flags & EXIT_TO_USERMODE_LOOP_FLAGS))
 270                         break;
 271
 272         }
 273 }
 274
 275 /* Called with IRQs disabled. */
 276 __visible inline void prepare_exit_to_usermode(struct pt_regs *regs)
 277 {
 278         struct thread_info *ti = pt_regs_to_thread_info(regs);
 279         u32 cached_flags;
 280
 281         if (IS_ENABLED(CONFIG_PROVE_LOCKING) && WARN_ON(!irqs_disabled()))
 282                 local_irq_disable();
 283
 284         lockdep_sys_exit();
 285
 286         cached_flags = READ_ONCE(ti->flags);
 287
 288         if (unlikely(cached_flags & EXIT_TO_USERMODE_LOOP_FLAGS))
 289                 exit_to_usermode_loop(regs, cached_flags);
 290
 291 #ifdef CONFIG_COMPAT
 292         /*
 293          * Compat syscalls set TS_COMPAT.  Make sure we clear it before
 294          * returning to user mode.  We need to clear it *after* signal
 295          * handling, because syscall restart has a fixup for compat
 296          * syscalls.  The fixup is exercised by the ptrace_syscall_32
 297          * selftest.
 298          */
 299         ti->status &= ~TS_COMPAT;
 300 #endif
 301
 302         user_enter();
 303 }
 304
 305 #define SYSCALL_EXIT_WORK_FLAGS                         \
 306         (_TIF_SYSCALL_TRACE | _TIF_SYSCALL_AUDIT |      \
 307          _TIF_SINGLESTEP | _TIF_SYSCALL_TRACEPOINT)
 308
 309 static void syscall_slow_exit_work(struct pt_regs *regs, u32 cached_flags)
 310 {
 311         bool step;
 312
 313         audit_syscall_exit(regs);
 314
 315         if (cached_flags & _TIF_SYSCALL_TRACEPOINT)
 316                 trace_sys_exit(regs, regs->ax);
 317
 318         /*
 319          * If TIF_SYSCALL_EMU is set, we only get here because of
 320          * TIF_SINGLESTEP (i.e. this is PTRACE_SYSEMU_SINGLESTEP).
 321          * We already reported this syscall instruction in
 322          * syscall_trace_enter().
 323          */
 324         step = unlikely(
 325                 (cached_flags & (_TIF_SINGLESTEP | _TIF_SYSCALL_EMU))
 326                 == _TIF_SINGLESTEP);
 327         if (step || cached_flags & _TIF_SYSCALL_TRACE)
 328                 tracehook_report_syscall_exit(regs, step);
 329 }
 330
 331 /*
 332  * Called with IRQs on and fully valid regs.  Returns with IRQs off in a
 333  * state such that we can immediately switch to user mode.
 334  */
 335 __visible inline void syscall_return_slowpath(struct pt_regs *regs)
 336 {
 337         struct thread_info *ti = pt_regs_to_thread_info(regs);
 338         u32 cached_flags = READ_ONCE(ti->flags);
 339
 340         CT_WARN_ON(ct_state() != CONTEXT_KERNEL);
 341
 342         if (IS_ENABLED(CONFIG_PROVE_LOCKING) &&
 343             WARN(irqs_disabled(), "syscall %ld left IRQs disabled", regs->orig_ax))
 344                 local_irq_enable();
 345
 346         /*
 347          * First do one-time work.  If these work items are enabled, we
 348          * want to run them exactly once per syscall exit with IRQs on.
 349          */
 350         if (unlikely(cached_flags & SYSCALL_EXIT_WORK_FLAGS))
 351                 syscall_slow_exit_work(regs, cached_flags);
 352
 353         local_irq_disable();
 354         prepare_exit_to_usermode(regs);
 355 }
 356
 357 #if defined(CONFIG_X86_32) || defined(CONFIG_IA32_EMULATION)
 358 /*
 359  * Does a 32-bit syscall.  Called with IRQs on and does all entry and
 360  * exit work and returns with IRQs off.  This function is extremely hot
 361  * in workloads that use it, and it's usually called from
 362  * do_fast_syscall_32, so forcibly inline it to improve performance.
 363  */
 364 #ifdef CONFIG_X86_32
 365 /* 32-bit kernels use a trap gate for INT80, and the asm code calls here. */
 366 __visible
 367 #else
 368 /* 64-bit kernels use do_syscall_32_irqs_off() instead. */
 369 static
 370 #endif
 371 __always_inline void do_syscall_32_irqs_on(struct pt_regs *regs)
 372 {
 373         struct thread_info *ti = pt_regs_to_thread_info(regs);
 374         unsigned int nr = (unsigned int)regs->orig_ax;
 375
 376 #ifdef CONFIG_IA32_EMULATION
 377         ti->status |= TS_COMPAT;
 378 #endif
 379
 380         if (READ_ONCE(ti->flags) & _TIF_WORK_SYSCALL_ENTRY) {
 381                 /*
 382                  * Subtlety here: if ptrace pokes something larger than
 383                  * 2^32-1 into orig_ax, this truncates it.  This may or
 384                  * may not be necessary, but it matches the old asm
 385                  * behavior.
 386                  */
 387                 nr = syscall_trace_enter(regs);
 388         }
 389
 390         if (likely(nr < IA32_NR_syscalls)) {
 391                 /*
 392                  * It's possible that a 32-bit syscall implementation
 393                  * takes a 64-bit parameter but nonetheless assumes that
 394                  * the high bits are zero.  Make sure we zero-extend all
 395                  * of the args.
 396                  */
 397                 regs->ax = ia32_sys_call_table[nr](
 398                         (unsigned int)regs->bx, (unsigned int)regs->cx,
 399                         (unsigned int)regs->dx, (unsigned int)regs->si,
 400                         (unsigned int)regs->di, (unsigned int)regs->bp);
 401         }
 402
 403         syscall_return_slowpath(regs);
 404 }
 405
 406 #ifdef CONFIG_X86_64
 407 /* Handles INT80 on 64-bit kernels */
 408 __visible void do_syscall_32_irqs_off(struct pt_regs *regs)
 409 {
 410         local_irq_enable();
 411         do_syscall_32_irqs_on(regs);
 412 }
 413 #endif
 414
 415 /* Returns 0 to return using IRET or 1 to return using SYSEXIT/SYSRETL. */
 416 __visible long do_fast_syscall_32(struct pt_regs *regs)
 417 {
 418         /*
 419          * Called using the internal vDSO SYSENTER/SYSCALL32 calling
 420          * convention.  Adjust regs so it looks like we entered using int80.
 421          */
 422
 423         unsigned long landing_pad = (unsigned long)current->mm->context.vdso +
 424                 vdso_image_32.sym_int80_landing_pad;
 425
 426         /*
 427          * SYSENTER loses EIP, and even SYSCALL32 needs us to skip forward
 428          * so that 'regs->ip -= 2' lands back on an int $0x80 instruction.
 429          * Fix it up.
 430          */
 431         regs->ip = landing_pad;
 432
 433         /*
 434          * Fetch EBP from where the vDSO stashed it.
 435          *
 436          * WARNING: We are in CONTEXT_USER and RCU isn't paying attention!
 437          */
 438         local_irq_enable();
 439         if (
 440 #ifdef CONFIG_X86_64
 441                 /*
 442                  * Micro-optimization: the pointer we're following is explicitly
 443                  * 32 bits, so it can't be out of range.
 444                  */
 445                 __get_user(*(u32 *)&regs->bp,
 446                             (u32 __user __force *)(unsigned long)(u32)regs->sp)
 447 #else
 448                 get_user(*(u32 *)&regs->bp,
 449                          (u32 __user __force *)(unsigned long)(u32)regs->sp)
 450 #endif
 451                 ) {
 452
 453                 /* User code screwed up. */
 454                 local_irq_disable();
 455                 regs->ax = -EFAULT;
 456 #ifdef CONFIG_CONTEXT_TRACKING
 457                 enter_from_user_mode();
 458 #endif
 459                 prepare_exit_to_usermode(regs);
 460                 return 0;       /* Keep it simple: use IRET. */
 461         }
 462
 463         /* Now this is just like a normal syscall. */
 464         do_syscall_32_irqs_on(regs);
 465
 466 #ifdef CONFIG_X86_64
 467         /*
 468          * Opportunistic SYSRETL: if possible, try to return using SYSRETL.
 469          * SYSRETL is available on all 64-bit CPUs, so we don't need to
 470          * bother with SYSEXIT.
 471          *
 472          * Unlike 64-bit opportunistic SYSRET, we can't check that CX == IP,
 473          * because the ECX fixup above will ensure that this is essentially
 474          * never the case.
 475          */
 476         return regs->cs == __USER32_CS && regs->ss == __USER_DS &&
 477                 regs->ip == landing_pad &&
 478                 (regs->flags & (X86_EFLAGS_RF | X86_EFLAGS_TF)) == 0;
 479 #else
 480         /*
 481          * Opportunistic SYSEXIT: if possible, try to return using SYSEXIT.
 482          *
 483          * Unlike 64-bit opportunistic SYSRET, we can't check that CX == IP,
 484          * because the ECX fixup above will ensure that this is essentially
 485          * never the case.
 486          *
 487          * We don't allow syscalls at all from VM86 mode, but we still
 488          * need to check VM, because we might be returning from sys_vm86.
 489          */
 490         return static_cpu_has(X86_FEATURE_SEP) &&
 491                 regs->cs == __USER_CS && regs->ss == __USER_DS &&
 492                 regs->ip == landing_pad &&
 493                 (regs->flags & (X86_EFLAGS_RF | X86_EFLAGS_TF | X86_EFLAGS_VM)) == 0;
 494 #endif
 495 }
 496 #endif