kernel/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 asmlinkage extern void ret_from_fork(void);
  54
  55 __visible DEFINE_PER_CPU(unsigned long, rsp_scratch);
  56
  57 /* Prints also some state that isn't saved in the pt_regs */
  58 void __show_regs(struct pt_regs *regs, int all)
  59 {
  60         unsigned long cr0 = 0L, cr2 = 0L, cr3 = 0L, cr4 = 0L, fs, gs, shadowgs;
  61         unsigned long d0, d1, d2, d3, d6, d7;
  62         unsigned int fsindex, gsindex;
  63         unsigned int ds, cs, es;
  64
  65         printk(KERN_DEFAULT "RIP: %04lx:[<%016lx>] ", regs->cs & 0xffff, regs->ip);
  66         printk_address(regs->ip);
  67         printk(KERN_DEFAULT "RSP: %04lx:%016lx  EFLAGS: %08lx\n", regs->ss,
  68                         regs->sp, regs->flags);
  69         printk(KERN_DEFAULT "RAX: %016lx RBX: %016lx RCX: %016lx\n",
  70                regs->ax, regs->bx, regs->cx);
  71         printk(KERN_DEFAULT "RDX: %016lx RSI: %016lx RDI: %016lx\n",
  72                regs->dx, regs->si, regs->di);
  73         printk(KERN_DEFAULT "RBP: %016lx R08: %016lx R09: %016lx\n",
  74                regs->bp, regs->r8, regs->r9);
  75         printk(KERN_DEFAULT "R10: %016lx R11: %016lx R12: %016lx\n",
  76                regs->r10, regs->r11, regs->r12);
  77         printk(KERN_DEFAULT "R13: %016lx R14: %016lx R15: %016lx\n",
  78                regs->r13, regs->r14, regs->r15);
  79
  80         asm("movl %%ds,%0" : "=r" (ds));
  81         asm("movl %%cs,%0" : "=r" (cs));
  82         asm("movl %%es,%0" : "=r" (es));
  83         asm("movl %%fs,%0" : "=r" (fsindex));
  84         asm("movl %%gs,%0" : "=r" (gsindex));
  85
  86         rdmsrl(MSR_FS_BASE, fs);
  87         rdmsrl(MSR_GS_BASE, gs);
  88         rdmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, shadowgs);
  89
  90         if (!all)
  91                 return;
  92
  93         cr0 = read_cr0();
  94         cr2 = read_cr2();
  95         cr3 = read_cr3();
  96         cr4 = __read_cr4();
  97
  98         printk(KERN_DEFAULT "FS:  %016lx(%04x) GS:%016lx(%04x) knlGS:%016lx\n",
  99                fs, fsindex, gs, gsindex, shadowgs);
 100         printk(KERN_DEFAULT "CS:  %04x DS: %04x ES: %04x CR0: %016lx\n", cs, ds,
 101                         es, cr0);
 102         printk(KERN_DEFAULT "CR2: %016lx CR3: %016lx CR4: %016lx\n", cr2, cr3,
 103                         cr4);
 104
 105         get_debugreg(d0, 0);
 106         get_debugreg(d1, 1);
 107         get_debugreg(d2, 2);
 108         get_debugreg(d3, 3);
 109         get_debugreg(d6, 6);
 110         get_debugreg(d7, 7);
 111
 112         /* Only print out debug registers if they are in their non-default state. */
 113         if ((d0 == 0) && (d1 == 0) && (d2 == 0) && (d3 == 0) &&
 114             (d6 == DR6_RESERVED) && (d7 == 0x400))
 115                 return;
 116
 117         printk(KERN_DEFAULT "DR0: %016lx DR1: %016lx DR2: %016lx\n", d0, d1, d2);
 118         printk(KERN_DEFAULT "DR3: %016lx DR6: %016lx DR7: %016lx\n", d3, d6, d7);
 119
 120 }
 121
 122 void release_thread(struct task_struct *dead_task)
 123 {
 124         if (dead_task->mm) {
 125 #ifdef CONFIG_MODIFY_LDT_SYSCALL
 126                 if (dead_task->mm->context.ldt) {
 127                         pr_warn("WARNING: dead process %s still has LDT? <%p/%d>\n",
 128                                 dead_task->comm,
 129                                 dead_task->mm->context.ldt,
 130                                 dead_task->mm->context.ldt->size);
 131                         BUG();
 132                 }
 133 #endif
 134         }
 135 }
 136
 137 static inline void set_32bit_tls(struct task_struct *t, int tls, u32 addr)
 138 {
 139         struct user_desc ud = {
 140                 .base_addr = addr,
 141                 .limit = 0xfffff,
 142                 .seg_32bit = 1,
 143                 .limit_in_pages = 1,
 144                 .useable = 1,
 145         };
 146         struct desc_struct *desc = t->thread.tls_array;
 147         desc += tls;
 148         fill_ldt(desc, &ud);
 149 }
 150
 151 static inline u32 read_32bit_tls(struct task_struct *t, int tls)
 152 {
 153         return get_desc_base(&t->thread.tls_array[tls]);
 154 }
 155
 156 int copy_thread_tls(unsigned long clone_flags, unsigned long sp,
 157                 unsigned long arg, struct task_struct *p, unsigned long tls)
 158 {
 159         int err;
 160         struct pt_regs *childregs;
 161         struct task_struct *me = current;
 162
 163         p->thread.sp0 = (unsigned long)task_stack_page(p) + THREAD_SIZE;
 164         childregs = task_pt_regs(p);
 165         p->thread.sp = (unsigned long) childregs;
 166         set_tsk_thread_flag(p, TIF_FORK);
 167         p->thread.io_bitmap_ptr = NULL;
 168
 169         savesegment(gs, p->thread.gsindex);
 170         p->thread.gs = p->thread.gsindex ? 0 : me->thread.gs;
 171         savesegment(fs, p->thread.fsindex);
 172         p->thread.fs = p->thread.fsindex ? 0 : me->thread.fs;
 173         savesegment(es, p->thread.es);
 174         savesegment(ds, p->thread.ds);
 175         memset(p->thread.ptrace_bps, 0, sizeof(p->thread.ptrace_bps));
 176
 177         if (unlikely(p->flags & PF_KTHREAD)) {
 178                 /* kernel thread */
 179                 memset(childregs, 0, sizeof(struct pt_regs));
 180                 childregs->sp = (unsigned long)childregs;
 181                 childregs->ss = __KERNEL_DS;
 182                 childregs->bx = sp; /* function */
 183                 childregs->bp = arg;
 184                 childregs->orig_ax = -1;
 185                 childregs->cs = __KERNEL_CS | get_kernel_rpl();
 186                 childregs->flags = X86_EFLAGS_IF | X86_EFLAGS_FIXED;
 187                 return 0;
 188         }
 189         *childregs = *current_pt_regs();
 190
 191         childregs->ax = 0;
 192         if (sp)
 193                 childregs->sp = sp;
 194
 195         err = -ENOMEM;
 196         if (unlikely(test_tsk_thread_flag(me, TIF_IO_BITMAP))) {
 197                 p->thread.io_bitmap_ptr = kmemdup(me->thread.io_bitmap_ptr,
 198                                                   IO_BITMAP_BYTES, GFP_KERNEL);
 199                 if (!p->thread.io_bitmap_ptr) {
 200                         p->thread.io_bitmap_max = 0;
 201                         return -ENOMEM;
 202                 }
 203                 set_tsk_thread_flag(p, TIF_IO_BITMAP);
 204         }
 205
 206         /*
 207          * Set a new TLS for the child thread?
 208          */
 209         if (clone_flags & CLONE_SETTLS) {
 210 #ifdef CONFIG_IA32_EMULATION
 211                 if (is_ia32_task())
 212                         err = do_set_thread_area(p, -1,
 213                                 (struct user_desc __user *)tls, 0);
 214                 else
 215 #endif
 216                         err = do_arch_prctl(p, ARCH_SET_FS, tls);
 217                 if (err)
 218                         goto out;
 219         }
 220         err = 0;
 221 out:
 222         if (err && p->thread.io_bitmap_ptr) {
 223                 kfree(p->thread.io_bitmap_ptr);
 224                 p->thread.io_bitmap_max = 0;
 225         }
 226
 227         return err;
 228 }
 229
 230 static void
 231 start_thread_common(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip,
 232                     unsigned long new_sp,
 233                     unsigned int _cs, unsigned int _ss, unsigned int _ds)
 234 {
 235         loadsegment(fs, 0);
 236         loadsegment(es, _ds);
 237         loadsegment(ds, _ds);
 238         load_gs_index(0);
 239         regs->ip                = new_ip;
 240         regs->sp                = new_sp;
 241         regs->cs                = _cs;
 242         regs->ss                = _ss;
 243         regs->flags             = X86_EFLAGS_IF;
 244         force_iret();
 245 }
 246
 247 void
 248 start_thread(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip, unsigned long new_sp)
 249 {
 250         start_thread_common(regs, new_ip, new_sp,
 251                             __USER_CS, __USER_DS, 0);
 252 }
 253
 254 #ifdef CONFIG_COMPAT
 255 void compat_start_thread(struct pt_regs *regs, u32 new_ip, u32 new_sp)
 256 {
 257         start_thread_common(regs, new_ip, new_sp,
 258                             test_thread_flag(TIF_X32)
 259                             ? __USER_CS : __USER32_CS,
 260                             __USER_DS, __USER_DS);
 261 }
 262 #endif
 263
 264 /*
 265  *      switch_to(x,y) should switch tasks from x to y.
 266  *
 267  * This could still be optimized:
 268  * - fold all the options into a flag word and test it with a single test.
 269  * - could test fs/gs bitsliced
 270  *
 271  * Kprobes not supported here. Set the probe on schedule instead.
 272  * Function graph tracer not supported too.
 273  */
 274 __visible __notrace_funcgraph struct task_struct *
 275 __switch_to(struct task_struct *prev_p, struct task_struct *next_p)
 276 {
 277         struct thread_struct *prev = &prev_p->thread;
 278         struct thread_struct *next = &next_p->thread;
 279         struct fpu *prev_fpu = &prev->fpu;
 280         struct fpu *next_fpu = &next->fpu;
 281         int cpu = smp_processor_id();
 282         struct tss_struct *tss = &per_cpu(cpu_tss, cpu);
 283         unsigned fsindex, gsindex;
 284         fpu_switch_t fpu_switch;
 285
 286         fpu_switch = switch_fpu_prepare(prev_fpu, next_fpu, cpu);
 287
 288         /* We must save %fs and %gs before load_TLS() because
 289          * %fs and %gs may be cleared by load_TLS().
 290          *
 291          * (e.g. xen_load_tls())
 292          */
 293         savesegment(fs, fsindex);
 294         savesegment(gs, gsindex);
 295
 296         /*
 297          * Load TLS before restoring any segments so that segment loads
 298          * reference the correct GDT entries.
 299          */
 300         load_TLS(next, cpu);
 301
 302         /*
 303          * Leave lazy mode, flushing any hypercalls made here.  This
 304          * must be done after loading TLS entries in the GDT but before
 305          * loading segments that might reference them, and and it must
 306          * be done before fpu__restore(), so the TS bit is up to
 307          * date.
 308          */
 309         arch_end_context_switch(next_p);
 310
 311         /* Switch DS and ES.
 312          *
 313          * Reading them only returns the selectors, but writing them (if
 314          * nonzero) loads the full descriptor from the GDT or LDT.  The
 315          * LDT for next is loaded in switch_mm, and the GDT is loaded
 316          * above.
 317          *
 318          * We therefore need to write new values to the segment
 319          * registers on every context switch unless both the new and old
 320          * values are zero.
 321          *
 322          * Note that we don't need to do anything for CS and SS, as
 323          * those are saved and restored as part of pt_regs.
 324          */
 325         savesegment(es, prev->es);
 326         if (unlikely(next->es | prev->es))
 327                 loadsegment(es, next->es);
 328
 329         savesegment(ds, prev->ds);
 330         if (unlikely(next->ds | prev->ds))
 331                 loadsegment(ds, next->ds);
 332
 333         /*
 334          * Switch FS and GS.
 335          *
 336          * These are even more complicated than DS and ES: they have
 337          * 64-bit bases are that controlled by arch_prctl.  Those bases
 338          * only differ from the values in the GDT or LDT if the selector
 339          * is 0.
 340          *
 341          * Loading the segment register resets the hidden base part of
 342          * the register to 0 or the value from the GDT / LDT.  If the
 343          * next base address zero, writing 0 to the segment register is
 344          * much faster than using wrmsr to explicitly zero the base.
 345          *
 346          * The thread_struct.fs and thread_struct.gs values are 0
 347          * if the fs and gs bases respectively are not overridden
 348          * from the values implied by fsindex and gsindex.  They
 349          * are nonzero, and store the nonzero base addresses, if
 350          * the bases are overridden.
 351          *
 352          * (fs != 0 && fsindex != 0) || (gs != 0 && gsindex != 0) should
 353          * be impossible.
 354          *
 355          * Therefore we need to reload the segment registers if either
 356          * the old or new selector is nonzero, and we need to override
 357          * the base address if next thread expects it to be overridden.
 358          *
 359          * This code is unnecessarily slow in the case where the old and
 360          * new indexes are zero and the new base is nonzero -- it will
 361          * unnecessarily write 0 to the selector before writing the new
 362          * base address.
 363          *
 364          * Note: This all depends on arch_prctl being the only way that
 365          * user code can override the segment base.  Once wrfsbase and
 366          * wrgsbase are enabled, most of this code will need to change.
 367          */
 368         if (unlikely(fsindex | next->fsindex | prev->fs)) {
 369                 loadsegment(fs, next->fsindex);
 370
 371                 /*
 372                  * If user code wrote a nonzero value to FS, then it also
 373                  * cleared the overridden base address.
 374                  *
 375                  * XXX: if user code wrote 0 to FS and cleared the base
 376                  * address itself, we won't notice and we'll incorrectly
 377                  * restore the prior base address next time we reschdule
 378                  * the process.
 379                  */
 380                 if (fsindex)
 381                         prev->fs = 0;
 382         }
 383         if (next->fs)
 384                 wrmsrl(MSR_FS_BASE, next->fs);
 385         prev->fsindex = fsindex;
 386
 387         if (unlikely(gsindex | next->gsindex | prev->gs)) {
 388                 load_gs_index(next->gsindex);
 389
 390                 /* This works (and fails) the same way as fsindex above. */
 391                 if (gsindex)
 392                         prev->gs = 0;
 393         }
 394         if (next->gs)
 395                 wrmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, next->gs);
 396         prev->gsindex = gsindex;
 397
 398         switch_fpu_finish(next_fpu, fpu_switch);
 399
 400         /*
 401          * Switch the PDA and FPU contexts.
 402          */
 403         this_cpu_write(current_task, next_p);
 404
 405         /* Reload esp0 and ss1.  This changes current_thread_info(). */
 406         load_sp0(tss, next);
 407
 408         /*
 409          * Now maybe reload the debug registers and handle I/O bitmaps
 410          */
 411         if (unlikely(task_thread_info(next_p)->flags & _TIF_WORK_CTXSW_NEXT ||
 412                      task_thread_info(prev_p)->flags & _TIF_WORK_CTXSW_PREV))
 413                 __switch_to_xtra(prev_p, next_p, tss);
 414
 415 #ifdef CONFIG_XEN
 416         /*
 417          * On Xen PV, IOPL bits in pt_regs->flags have no effect, and
 418          * current_pt_regs()->flags may not match the current task's
 419          * intended IOPL.  We need to switch it manually.
 420          */
 421         if (unlikely(static_cpu_has(X86_FEATURE_XENPV) &&
 422                      prev->iopl != next->iopl))
 423                 xen_set_iopl_mask(next->iopl);
 424 #endif
 425
 426         if (static_cpu_has_bug(X86_BUG_SYSRET_SS_ATTRS)) {
 427                 /*
 428                  * AMD CPUs have a misfeature: SYSRET sets the SS selector but
 429                  * does not update the cached descriptor.  As a result, if we
 430                  * do SYSRET while SS is NULL, we'll end up in user mode with
 431                  * SS apparently equal to __USER_DS but actually unusable.
 432                  *
 433                  * The straightforward workaround would be to fix it up just
 434                  * before SYSRET, but that would slow down the system call
 435                  * fast paths.  Instead, we ensure that SS is never NULL in
 436                  * system call context.  We do this by replacing NULL SS
 437                  * selectors at every context switch.  SYSCALL sets up a valid
 438                  * SS, so the only way to get NULL is to re-enter the kernel
 439                  * from CPL 3 through an interrupt.  Since that can't happen
 440                  * in the same task as a running syscall, we are guaranteed to
 441                  * context switch between every interrupt vector entry and a
 442                  * subsequent SYSRET.
 443                  *
 444                  * We read SS first because SS reads are much faster than
 445                  * writes.  Out of caution, we force SS to __KERNEL_DS even if
 446                  * it previously had a different non-NULL value.
 447                  */
 448                 unsigned short ss_sel;
 449                 savesegment(ss, ss_sel);
 450                 if (ss_sel != __KERNEL_DS)
 451                         loadsegment(ss, __KERNEL_DS);
 452         }
 453
 454         return prev_p;
 455 }
 456
 457 void set_personality_64bit(void)
 458 {
 459         /* inherit personality from parent */
 460
 461         /* Make sure to be in 64bit mode */
 462         clear_thread_flag(TIF_IA32);
 463         clear_thread_flag(TIF_ADDR32);
 464         clear_thread_flag(TIF_X32);
 465
 466         /* Ensure the corresponding mm is not marked. */
 467         if (current->mm)
 468                 current->mm->context.ia32_compat = 0;
 469
 470         /* TBD: overwrites user setup. Should have two bits.
 471            But 64bit processes have always behaved this way,
 472            so it's not too bad. The main problem is just that
 473            32bit childs are affected again. */
 474         current->personality &= ~READ_IMPLIES_EXEC;
 475 }
 476
 477 void set_personality_ia32(bool x32)
 478 {
 479         /* inherit personality from parent */
 480
 481         /* Make sure to be in 32bit mode */
 482         set_thread_flag(TIF_ADDR32);
 483
 484         /* Mark the associated mm as containing 32-bit tasks. */
 485         if (x32) {
 486                 clear_thread_flag(TIF_IA32);
 487                 set_thread_flag(TIF_X32);
 488                 if (current->mm)
 489                         current->mm->context.ia32_compat = TIF_X32;
 490                 current->personality &= ~READ_IMPLIES_EXEC;
 491                 /* is_compat_task() uses the presence of the x32
 492                    syscall bit flag to determine compat status */
 493                 current_thread_info()->status &= ~TS_COMPAT;
 494         } else {
 495                 set_thread_flag(TIF_IA32);
 496                 clear_thread_flag(TIF_X32);
 497                 if (current->mm)
 498                         current->mm->context.ia32_compat = TIF_IA32;
 499                 current->personality |= force_personality32;
 500                 /* Prepare the first "return" to user space */
 501                 current_thread_info()->status |= TS_COMPAT;
 502         }
 503 }
 504 EXPORT_SYMBOL_GPL(set_personality_ia32);
 505
 506 long do_arch_prctl(struct task_struct *task, int code, unsigned long addr)
 507 {
 508         int ret = 0;
 509         int doit = task == current;
 510         int cpu;
 511
 512         switch (code) {
 513         case ARCH_SET_GS:
 514                 if (addr >= TASK_SIZE_OF(task))
 515                         return -EPERM;
 516                 cpu = get_cpu();
 517                 /* handle small bases via the GDT because that's faster to
 518                    switch. */
 519                 if (addr <= 0xffffffff) {
 520                         set_32bit_tls(task, GS_TLS, addr);
 521                         if (doit) {
 522                                 load_TLS(&task->thread, cpu);
 523                                 load_gs_index(GS_TLS_SEL);
 524                         }
 525                         task->thread.gsindex = GS_TLS_SEL;
 526                         task->thread.gs = 0;
 527                 } else {
 528                         task->thread.gsindex = 0;
 529                         task->thread.gs = addr;
 530                         if (doit) {
 531                                 load_gs_index(0);
 532                                 ret = wrmsrl_safe(MSR_KERNEL_GS_BASE, addr);
 533                         }
 534                 }
 535                 put_cpu();
 536                 break;
 537         case ARCH_SET_FS:
 538                 /* Not strictly needed for fs, but do it for symmetry
 539                    with gs */
 540                 if (addr >= TASK_SIZE_OF(task))
 541                         return -EPERM;
 542                 cpu = get_cpu();
 543                 /* handle small bases via the GDT because that's faster to
 544                    switch. */
 545                 if (addr <= 0xffffffff) {
 546                         set_32bit_tls(task, FS_TLS, addr);
 547                         if (doit) {
 548                                 load_TLS(&task->thread, cpu);
 549                                 loadsegment(fs, FS_TLS_SEL);
 550                         }
 551                         task->thread.fsindex = FS_TLS_SEL;
 552                         task->thread.fs = 0;
 553                 } else {
 554                         task->thread.fsindex = 0;
 555                         task->thread.fs = addr;
 556                         if (doit) {
 557                                 /* set the selector to 0 to not confuse
 558                                    __switch_to */
 559                                 loadsegment(fs, 0);
 560                                 ret = wrmsrl_safe(MSR_FS_BASE, addr);
 561                         }
 562                 }
 563                 put_cpu();
 564                 break;
 565         case ARCH_GET_FS: {
 566                 unsigned long base;
 567                 if (task->thread.fsindex == FS_TLS_SEL)
 568                         base = read_32bit_tls(task, FS_TLS);
 569                 else if (doit)
 570                         rdmsrl(MSR_FS_BASE, base);
 571                 else
 572                         base = task->thread.fs;
 573                 ret = put_user(base, (unsigned long __user *)addr);
 574                 break;
 575         }
 576         case ARCH_GET_GS: {
 577                 unsigned long base;
 578                 unsigned gsindex;
 579                 if (task->thread.gsindex == GS_TLS_SEL)
 580                         base = read_32bit_tls(task, GS_TLS);
 581                 else if (doit) {
 582                         savesegment(gs, gsindex);
 583                         if (gsindex)
 584                                 rdmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, base);
 585                         else
 586                                 base = task->thread.gs;
 587                 } else
 588                         base = task->thread.gs;
 589                 ret = put_user(base, (unsigned long __user *)addr);
 590                 break;
 591         }
 592
 593         default:
 594                 ret = -EINVAL;
 595                 break;
 596         }
 597
 598         return ret;
 599 }
 600
 601 long sys_arch_prctl(int code, unsigned long addr)
 602 {
 603         return do_arch_prctl(current, code, addr);
 604 }
 605
 606 unsigned long KSTK_ESP(struct task_struct *task)
 607 {
 608         return task_pt_regs(task)->sp;
 609 }