kernel/arch/x86/mm/fault.c

   1 /*
   2  *  Copyright (C) 1995  Linus Torvalds
   3  *  Copyright (C) 2001, 2002 Andi Kleen, SuSE Labs.
   4  *  Copyright (C) 2008-2009, Red Hat Inc., Ingo Molnar
   5  */
   6 #include <linux/sched.h>                /* test_thread_flag(), ...      */
   7 #include <linux/kdebug.h>               /* oops_begin/end, ...          */
   8 #include <linux/module.h>               /* search_exception_table       */
   9 #include <linux/bootmem.h>              /* max_low_pfn                  */
  10 #include <linux/kprobes.h>              /* NOKPROBE_SYMBOL, ...         */
  11 #include <linux/mmiotrace.h>            /* kmmio_handler, ...           */
  12 #include <linux/perf_event.h>           /* perf_sw_event                */
  13 #include <linux/hugetlb.h>              /* hstate_index_to_shift        */
  14 #include <linux/prefetch.h>             /* prefetchw                    */
  15 #include <linux/context_tracking.h>     /* exception_enter(), ...       */
  16 #include <linux/uaccess.h>              /* faulthandler_disabled()      */
  17
  18 #include <asm/traps.h>                  /* dotraplinkage, ...           */
  19 #include <asm/pgalloc.h>                /* pgd_*(), ...                 */
  20 #include <asm/kmemcheck.h>              /* kmemcheck_*(), ...           */
  21 #include <asm/fixmap.h>                 /* VSYSCALL_ADDR                */
  22 #include <asm/vsyscall.h>               /* emulate_vsyscall             */
  23
  24 #define CREATE_TRACE_POINTS
  25 #include <asm/trace/exceptions.h>
  26
  27 /*
  28  * Page fault error code bits:
  29  *
  30  *   bit 0 ==    0: no page found       1: protection fault
  31  *   bit 1 ==    0: read access         1: write access
  32  *   bit 2 ==    0: kernel-mode access  1: user-mode access
  33  *   bit 3 ==                           1: use of reserved bit detected
  34  *   bit 4 ==                           1: fault was an instruction fetch
  35  */
  36 enum x86_pf_error_code {
  37
  38         PF_PROT         =               1 << 0,
  39         PF_WRITE        =               1 << 1,
  40         PF_USER         =               1 << 2,
  41         PF_RSVD         =               1 << 3,
  42         PF_INSTR        =               1 << 4,
  43 };
  44
  45 /*
  46  * Returns 0 if mmiotrace is disabled, or if the fault is not
  47  * handled by mmiotrace:
  48  */
  49 static nokprobe_inline int
  50 kmmio_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long addr)
  51 {
  52         if (unlikely(is_kmmio_active()))
  53                 if (kmmio_handler(regs, addr) == 1)
  54                         return -1;
  55         return 0;
  56 }
  57
  58 static nokprobe_inline int kprobes_fault(struct pt_regs *regs)
  59 {
  60         int ret = 0;
  61
  62         /* kprobe_running() needs smp_processor_id() */
  63         if (kprobes_built_in() && !user_mode(regs)) {
  64                 preempt_disable();
  65                 if (kprobe_running() && kprobe_fault_handler(regs, 14))
  66                         ret = 1;
  67                 preempt_enable();
  68         }
  69
  70         return ret;
  71 }
  72
  73 /*
  74  * Prefetch quirks:
  75  *
  76  * 32-bit mode:
  77  *
  78  *   Sometimes AMD Athlon/Opteron CPUs report invalid exceptions on prefetch.
  79  *   Check that here and ignore it.
  80  *
  81  * 64-bit mode:
  82  *
  83  *   Sometimes the CPU reports invalid exceptions on prefetch.
  84  *   Check that here and ignore it.
  85  *
  86  * Opcode checker based on code by Richard Brunner.
  87  */
  88 static inline int
  89 check_prefetch_opcode(struct pt_regs *regs, unsigned char *instr,
  90                       unsigned char opcode, int *prefetch)
  91 {
  92         unsigned char instr_hi = opcode & 0xf0;
  93         unsigned char instr_lo = opcode & 0x0f;
  94
  95         switch (instr_hi) {
  96         case 0x20:
  97         case 0x30:
  98                 /*
  99                  * Values 0x26,0x2E,0x36,0x3E are valid x86 prefixes.
 100                  * In X86_64 long mode, the CPU will signal invalid
 101                  * opcode if some of these prefixes are present so
 102                  * X86_64 will never get here anyway
 103                  */
 104                 return ((instr_lo & 7) == 0x6);
 105 #ifdef CONFIG_X86_64
 106         case 0x40:
 107                 /*
 108                  * In AMD64 long mode 0x40..0x4F are valid REX prefixes
 109                  * Need to figure out under what instruction mode the
 110                  * instruction was issued. Could check the LDT for lm,
 111                  * but for now it's good enough to assume that long
 112                  * mode only uses well known segments or kernel.
 113                  */
 114                 return (!user_mode(regs) || user_64bit_mode(regs));
 115 #endif
 116         case 0x60:
 117                 /* 0x64 thru 0x67 are valid prefixes in all modes. */
 118                 return (instr_lo & 0xC) == 0x4;
 119         case 0xF0:
 120                 /* 0xF0, 0xF2, 0xF3 are valid prefixes in all modes. */
 121                 return !instr_lo || (instr_lo>>1) == 1;
 122         case 0x00:
 123                 /* Prefetch instruction is 0x0F0D or 0x0F18 */
 124                 if (probe_kernel_address(instr, opcode))
 125                         return 0;
 126
 127                 *prefetch = (instr_lo == 0xF) &&
 128                         (opcode == 0x0D || opcode == 0x18);
 129                 return 0;
 130         default:
 131                 return 0;
 132         }
 133 }
 134
 135 static int
 136 is_prefetch(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code, unsigned long addr)
 137 {
 138         unsigned char *max_instr;
 139         unsigned char *instr;
 140         int prefetch = 0;
 141
 142         /*
 143          * If it was a exec (instruction fetch) fault on NX page, then
 144          * do not ignore the fault:
 145          */
 146         if (error_code & PF_INSTR)
 147                 return 0;
 148
 149         instr = (void *)convert_ip_to_linear(current, regs);
 150         max_instr = instr + 15;
 151
 152         if (user_mode(regs) && instr >= (unsigned char *)TASK_SIZE_MAX)
 153                 return 0;
 154
 155         while (instr < max_instr) {
 156                 unsigned char opcode;
 157
 158                 if (probe_kernel_address(instr, opcode))
 159                         break;
 160
 161                 instr++;
 162
 163                 if (!check_prefetch_opcode(regs, instr, opcode, &prefetch))
 164                         break;
 165         }
 166         return prefetch;
 167 }
 168
 169 static void
 170 force_sig_info_fault(int si_signo, int si_code, unsigned long address,
 171                      struct task_struct *tsk, int fault)
 172 {
 173         unsigned lsb = 0;
 174         siginfo_t info;
 175
 176         info.si_signo   = si_signo;
 177         info.si_errno   = 0;
 178         info.si_code    = si_code;
 179         info.si_addr    = (void __user *)address;
 180         if (fault & VM_FAULT_HWPOISON_LARGE)
 181                 lsb = hstate_index_to_shift(VM_FAULT_GET_HINDEX(fault));
 182         if (fault & VM_FAULT_HWPOISON)
 183                 lsb = PAGE_SHIFT;
 184         info.si_addr_lsb = lsb;
 185
 186         force_sig_info(si_signo, &info, tsk);
 187 }
 188
 189 DEFINE_SPINLOCK(pgd_lock);
 190 LIST_HEAD(pgd_list);
 191
 192 #ifdef CONFIG_X86_32
 193 static inline pmd_t *vmalloc_sync_one(pgd_t *pgd, unsigned long address)
 194 {
 195         unsigned index = pgd_index(address);
 196         pgd_t *pgd_k;
 197         pud_t *pud, *pud_k;
 198         pmd_t *pmd, *pmd_k;
 199
 200         pgd += index;
 201         pgd_k = init_mm.pgd + index;
 202
 203         if (!pgd_present(*pgd_k))
 204                 return NULL;
 205
 206         /*
 207          * set_pgd(pgd, *pgd_k); here would be useless on PAE
 208          * and redundant with the set_pmd() on non-PAE. As would
 209          * set_pud.
 210          */
 211         pud = pud_offset(pgd, address);
 212         pud_k = pud_offset(pgd_k, address);
 213         if (!pud_present(*pud_k))
 214                 return NULL;
 215
 216         pmd = pmd_offset(pud, address);
 217         pmd_k = pmd_offset(pud_k, address);
 218         if (!pmd_present(*pmd_k))
 219                 return NULL;
 220
 221         if (!pmd_present(*pmd))
 222                 set_pmd(pmd, *pmd_k);
 223         else
 224                 BUG_ON(pmd_page(*pmd) != pmd_page(*pmd_k));
 225
 226         return pmd_k;
 227 }
 228
 229 void vmalloc_sync_all(void)
 230 {
 231         unsigned long address;
 232
 233         if (SHARED_KERNEL_PMD)
 234                 return;
 235
 236         for (address = VMALLOC_START & PMD_MASK;
 237              address >= TASK_SIZE && address < FIXADDR_TOP;
 238              address += PMD_SIZE) {
 239                 struct page *page;
 240
 241                 spin_lock(&pgd_lock);
 242                 list_for_each_entry(page, &pgd_list, lru) {
 243                         spinlock_t *pgt_lock;
 244                         pmd_t *ret;
 245
 246                         /* the pgt_lock only for Xen */
 247                         pgt_lock = &pgd_page_get_mm(page)->page_table_lock;
 248
 249                         spin_lock(pgt_lock);
 250                         ret = vmalloc_sync_one(page_address(page), address);
 251                         spin_unlock(pgt_lock);
 252
 253                         if (!ret)
 254                                 break;
 255                 }
 256                 spin_unlock(&pgd_lock);
 257         }
 258 }
 259
 260 /*
 261  * 32-bit:
 262  *
 263  *   Handle a fault on the vmalloc or module mapping area
 264  */
 265 static noinline int vmalloc_fault(unsigned long address)
 266 {
 267         unsigned long pgd_paddr;
 268         pmd_t *pmd_k;
 269         pte_t *pte_k;
 270
 271         /* Make sure we are in vmalloc area: */
 272         if (!(address >= VMALLOC_START && address < VMALLOC_END))
 273                 return -1;
 274
 275         WARN_ON_ONCE(in_nmi());
 276
 277         /*
 278          * Synchronize this task's top level page-table
 279          * with the 'reference' page table.
 280          *
 281          * Do _not_ use "current" here. We might be inside
 282          * an interrupt in the middle of a task switch..
 283          */
 284         pgd_paddr = read_cr3();
 285         pmd_k = vmalloc_sync_one(__va(pgd_paddr), address);
 286         if (!pmd_k)
 287                 return -1;
 288
 289         pte_k = pte_offset_kernel(pmd_k, address);
 290         if (!pte_present(*pte_k))
 291                 return -1;
 292
 293         return 0;
 294 }
 295 NOKPROBE_SYMBOL(vmalloc_fault);
 296
 297 /*
 298  * Did it hit the DOS screen memory VA from vm86 mode?
 299  */
 300 static inline void
 301 check_v8086_mode(struct pt_regs *regs, unsigned long address,
 302                  struct task_struct *tsk)
 303 {
 304         unsigned long bit;
 305
 306         if (!v8086_mode(regs))
 307                 return;
 308
 309         bit = (address - 0xA0000) >> PAGE_SHIFT;
 310         if (bit < 32)
 311                 tsk->thread.screen_bitmap |= 1 << bit;
 312 }
 313
 314 static bool low_pfn(unsigned long pfn)
 315 {
 316         return pfn < max_low_pfn;
 317 }
 318
 319 static void dump_pagetable(unsigned long address)
 320 {
 321         pgd_t *base = __va(read_cr3());
 322         pgd_t *pgd = &base[pgd_index(address)];
 323         pmd_t *pmd;
 324         pte_t *pte;
 325
 326 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 327         printk("*pdpt = %016Lx ", pgd_val(*pgd));
 328         if (!low_pfn(pgd_val(*pgd) >> PAGE_SHIFT) || !pgd_present(*pgd))
 329                 goto out;
 330 #endif
 331         pmd = pmd_offset(pud_offset(pgd, address), address);
 332         printk(KERN_CONT "*pde = %0*Lx ", sizeof(*pmd) * 2, (u64)pmd_val(*pmd));
 333
 334         /*
 335          * We must not directly access the pte in the highpte
 336          * case if the page table is located in highmem.
 337          * And let's rather not kmap-atomic the pte, just in case
 338          * it's allocated already:
 339          */
 340         if (!low_pfn(pmd_pfn(*pmd)) || !pmd_present(*pmd) || pmd_large(*pmd))
 341                 goto out;
 342
 343         pte = pte_offset_kernel(pmd, address);
 344         printk("*pte = %0*Lx ", sizeof(*pte) * 2, (u64)pte_val(*pte));
 345 out:
 346         printk("\n");
 347 }
 348
 349 #else /* CONFIG_X86_64: */
 350
 351 void vmalloc_sync_all(void)
 352 {
 353         sync_global_pgds(VMALLOC_START & PGDIR_MASK, VMALLOC_END, 0);
 354 }
 355
 356 /*
 357  * 64-bit:
 358  *
 359  *   Handle a fault on the vmalloc area
 360  *
 361  * This assumes no large pages in there.
 362  */
 363 static noinline int vmalloc_fault(unsigned long address)
 364 {
 365         pgd_t *pgd, *pgd_ref;
 366         pud_t *pud, *pud_ref;
 367         pmd_t *pmd, *pmd_ref;
 368         pte_t *pte, *pte_ref;
 369
 370         /* Make sure we are in vmalloc area: */
 371         if (!(address >= VMALLOC_START && address < VMALLOC_END))
 372                 return -1;
 373
 374         WARN_ON_ONCE(in_nmi());
 375
 376         /*
 377          * Copy kernel mappings over when needed. This can also
 378          * happen within a race in page table update. In the later
 379          * case just flush:
 380          */
 381         pgd = pgd_offset(current->active_mm, address);
 382         pgd_ref = pgd_offset_k(address);
 383         if (pgd_none(*pgd_ref))
 384                 return -1;
 385
 386         if (pgd_none(*pgd)) {
 387                 set_pgd(pgd, *pgd_ref);
 388                 arch_flush_lazy_mmu_mode();
 389         } else {
 390                 BUG_ON(pgd_page_vaddr(*pgd) != pgd_page_vaddr(*pgd_ref));
 391         }
 392
 393         /*
 394          * Below here mismatches are bugs because these lower tables
 395          * are shared:
 396          */
 397
 398         pud = pud_offset(pgd, address);
 399         pud_ref = pud_offset(pgd_ref, address);
 400         if (pud_none(*pud_ref))
 401                 return -1;
 402
 403         if (pud_none(*pud) || pud_page_vaddr(*pud) != pud_page_vaddr(*pud_ref))
 404                 BUG();
 405
 406         pmd = pmd_offset(pud, address);
 407         pmd_ref = pmd_offset(pud_ref, address);
 408         if (pmd_none(*pmd_ref))
 409                 return -1;
 410
 411         if (pmd_none(*pmd) || pmd_page(*pmd) != pmd_page(*pmd_ref))
 412                 BUG();
 413
 414         pte_ref = pte_offset_kernel(pmd_ref, address);
 415         if (!pte_present(*pte_ref))
 416                 return -1;
 417
 418         pte = pte_offset_kernel(pmd, address);
 419
 420         /*
 421          * Don't use pte_page here, because the mappings can point
 422          * outside mem_map, and the NUMA hash lookup cannot handle
 423          * that:
 424          */
 425         if (!pte_present(*pte) || pte_pfn(*pte) != pte_pfn(*pte_ref))
 426                 BUG();
 427
 428         return 0;
 429 }
 430 NOKPROBE_SYMBOL(vmalloc_fault);
 431
 432 #ifdef CONFIG_CPU_SUP_AMD
 433 static const char errata93_warning[] =
 434 KERN_ERR
 435 "******* Your BIOS seems to not contain a fix for K8 errata #93\n"
 436 "******* Working around it, but it may cause SEGVs or burn power.\n"
 437 "******* Please consider a BIOS update.\n"
 438 "******* Disabling USB legacy in the BIOS may also help.\n";
 439 #endif
 440
 441 /*
 442  * No vm86 mode in 64-bit mode:
 443  */
 444 static inline void
 445 check_v8086_mode(struct pt_regs *regs, unsigned long address,
 446                  struct task_struct *tsk)
 447 {
 448 }
 449
 450 static int bad_address(void *p)
 451 {
 452         unsigned long dummy;
 453
 454         return probe_kernel_address((unsigned long *)p, dummy);
 455 }
 456
 457 static void dump_pagetable(unsigned long address)
 458 {
 459         pgd_t *base = __va(read_cr3() & PHYSICAL_PAGE_MASK);
 460         pgd_t *pgd = base + pgd_index(address);
 461         pud_t *pud;
 462         pmd_t *pmd;
 463         pte_t *pte;
 464
 465         if (bad_address(pgd))
 466                 goto bad;
 467
 468         printk("PGD %lx ", pgd_val(*pgd));
 469
 470         if (!pgd_present(*pgd))
 471                 goto out;
 472
 473         pud = pud_offset(pgd, address);
 474         if (bad_address(pud))
 475                 goto bad;
 476
 477         printk("PUD %lx ", pud_val(*pud));
 478         if (!pud_present(*pud) || pud_large(*pud))
 479                 goto out;
 480
 481         pmd = pmd_offset(pud, address);
 482         if (bad_address(pmd))
 483                 goto bad;
 484
 485         printk("PMD %lx ", pmd_val(*pmd));
 486         if (!pmd_present(*pmd) || pmd_large(*pmd))
 487                 goto out;
 488
 489         pte = pte_offset_kernel(pmd, address);
 490         if (bad_address(pte))
 491                 goto bad;
 492
 493         printk("PTE %lx", pte_val(*pte));
 494 out:
 495         printk("\n");
 496         return;
 497 bad:
 498         printk("BAD\n");
 499 }
 500
 501 #endif /* CONFIG_X86_64 */
 502
 503 /*
 504  * Workaround for K8 erratum #93 & buggy BIOS.
 505  *
 506  * BIOS SMM functions are required to use a specific workaround
 507  * to avoid corruption of the 64bit RIP register on C stepping K8.
 508  *
 509  * A lot of BIOS that didn't get tested properly miss this.
 510  *
 511  * The OS sees this as a page fault with the upper 32bits of RIP cleared.
 512  * Try to work around it here.
 513  *
 514  * Note we only handle faults in kernel here.
 515  * Does nothing on 32-bit.
 516  */
 517 static int is_errata93(struct pt_regs *regs, unsigned long address)
 518 {
 519 #if defined(CONFIG_X86_64) && defined(CONFIG_CPU_SUP_AMD)
 520         if (boot_cpu_data.x86_vendor != X86_VENDOR_AMD
 521             || boot_cpu_data.x86 != 0xf)
 522                 return 0;
 523
 524         if (address != regs->ip)
 525                 return 0;
 526
 527         if ((address >> 32) != 0)
 528                 return 0;
 529
 530         address |= 0xffffffffUL << 32;
 531         if ((address >= (u64)_stext && address <= (u64)_etext) ||
 532             (address >= MODULES_VADDR && address <= MODULES_END)) {
 533                 printk_once(errata93_warning);
 534                 regs->ip = address;
 535                 return 1;
 536         }
 537 #endif
 538         return 0;
 539 }
 540
 541 /*
 542  * Work around K8 erratum #100 K8 in compat mode occasionally jumps
 543  * to illegal addresses >4GB.
 544  *
 545  * We catch this in the page fault handler because these addresses
 546  * are not reachable. Just detect this case and return.  Any code
 547  * segment in LDT is compatibility mode.
 548  */
 549 static int is_errata100(struct pt_regs *regs, unsigned long address)
 550 {
 551 #ifdef CONFIG_X86_64
 552         if ((regs->cs == __USER32_CS || (regs->cs & (1<<2))) && (address >> 32))
 553                 return 1;
 554 #endif
 555         return 0;
 556 }
 557
 558 static int is_f00f_bug(struct pt_regs *regs, unsigned long address)
 559 {
 560 #ifdef CONFIG_X86_F00F_BUG
 561         unsigned long nr;
 562
 563         /*
 564          * Pentium F0 0F C7 C8 bug workaround:
 565          */
 566         if (boot_cpu_has_bug(X86_BUG_F00F)) {
 567                 nr = (address - idt_descr.address) >> 3;
 568
 569                 if (nr == 6) {
 570                         do_invalid_op(regs, 0);
 571                         return 1;
 572                 }
 573         }
 574 #endif
 575         return 0;
 576 }
 577
 578 static const char nx_warning[] = KERN_CRIT
 579 "kernel tried to execute NX-protected page - exploit attempt? (uid: %d)\n";
 580 static const char smep_warning[] = KERN_CRIT
 581 "unable to execute userspace code (SMEP?) (uid: %d)\n";
 582
 583 static void
 584 show_fault_oops(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code,
 585                 unsigned long address)
 586 {
 587         if (!oops_may_print())
 588                 return;
 589
 590         if (error_code & PF_INSTR) {
 591                 unsigned int level;
 592                 pgd_t *pgd;
 593                 pte_t *pte;
 594
 595                 pgd = __va(read_cr3() & PHYSICAL_PAGE_MASK);
 596                 pgd += pgd_index(address);
 597
 598                 pte = lookup_address_in_pgd(pgd, address, &level);
 599
 600                 if (pte && pte_present(*pte) && !pte_exec(*pte))
 601                         printk(nx_warning, from_kuid(&init_user_ns, current_uid()));
 602                 if (pte && pte_present(*pte) && pte_exec(*pte) &&
 603                                 (pgd_flags(*pgd) & _PAGE_USER) &&
 604                                 (__read_cr4() & X86_CR4_SMEP))
 605                         printk(smep_warning, from_kuid(&init_user_ns, current_uid()));
 606         }
 607
 608         printk(KERN_ALERT "BUG: unable to handle kernel ");
 609         if (address < PAGE_SIZE)
 610                 printk(KERN_CONT "NULL pointer dereference");
 611         else
 612                 printk(KERN_CONT "paging request");
 613
 614         printk(KERN_CONT " at %p\n", (void *) address);
 615         printk(KERN_ALERT "IP:");
 616         printk_address(regs->ip);
 617
 618         dump_pagetable(address);
 619 }
 620
 621 static noinline void
 622 pgtable_bad(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code,
 623             unsigned long address)
 624 {
 625         struct task_struct *tsk;
 626         unsigned long flags;
 627         int sig;
 628
 629         flags = oops_begin();
 630         tsk = current;
 631         sig = SIGKILL;
 632
 633         printk(KERN_ALERT "%s: Corrupted page table at address %lx\n",
 634                tsk->comm, address);
 635         dump_pagetable(address);
 636
 637         tsk->thread.cr2         = address;
 638         tsk->thread.trap_nr     = X86_TRAP_PF;
 639         tsk->thread.error_code  = error_code;
 640
 641         if (__die("Bad pagetable", regs, error_code))
 642                 sig = 0;
 643
 644         oops_end(flags, regs, sig);
 645 }
 646
 647 static noinline void
 648 no_context(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code,
 649            unsigned long address, int signal, int si_code)
 650 {
 651         struct task_struct *tsk = current;
 652         unsigned long flags;
 653         int sig;
 654
 655         /* Are we prepared to handle this kernel fault? */
 656         if (fixup_exception(regs)) {
 657                 /*
 658                  * Any interrupt that takes a fault gets the fixup. This makes
 659                  * the below recursive fault logic only apply to a faults from
 660                  * task context.
 661                  */
 662                 if (in_interrupt())
 663                         return;
 664
 665                 /*
 666                  * Per the above we're !in_interrupt(), aka. task context.
 667                  *
 668                  * In this case we need to make sure we're not recursively
 669                  * faulting through the emulate_vsyscall() logic.
 670                  */
 671                 if (current_thread_info()->sig_on_uaccess_error && signal) {
 672                         tsk->thread.trap_nr = X86_TRAP_PF;
 673                         tsk->thread.error_code = error_code | PF_USER;
 674                         tsk->thread.cr2 = address;
 675
 676                         /* XXX: hwpoison faults will set the wrong code. */
 677                         force_sig_info_fault(signal, si_code, address, tsk, 0);
 678                 }
 679
 680                 /*
 681                  * Barring that, we can do the fixup and be happy.
 682                  */
 683                 return;
 684         }
 685
 686         /*
 687          * 32-bit:
 688          *
 689          *   Valid to do another page fault here, because if this fault
 690          *   had been triggered by is_prefetch fixup_exception would have
 691          *   handled it.
 692          *
 693          * 64-bit:
 694          *
 695          *   Hall of shame of CPU/BIOS bugs.
 696          */
 697         if (is_prefetch(regs, error_code, address))
 698                 return;
 699
 700         if (is_errata93(regs, address))
 701                 return;
 702
 703         /*
 704          * Oops. The kernel tried to access some bad page. We'll have to
 705          * terminate things with extreme prejudice:
 706          */
 707         flags = oops_begin();
 708
 709         show_fault_oops(regs, error_code, address);
 710
 711         if (task_stack_end_corrupted(tsk))
 712                 printk(KERN_EMERG "Thread overran stack, or stack corrupted\n");
 713
 714         tsk->thread.cr2         = address;
 715         tsk->thread.trap_nr     = X86_TRAP_PF;
 716         tsk->thread.error_code  = error_code;
 717
 718         sig = SIGKILL;
 719         if (__die("Oops", regs, error_code))
 720                 sig = 0;
 721
 722         /* Executive summary in case the body of the oops scrolled away */
 723         printk(KERN_DEFAULT "CR2: %016lx\n", address);
 724
 725         oops_end(flags, regs, sig);
 726 }
 727
 728 /*
 729  * Print out info about fatal segfaults, if the show_unhandled_signals
 730  * sysctl is set:
 731  */
 732 static inline void
 733 show_signal_msg(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code,
 734                 unsigned long address, struct task_struct *tsk)
 735 {
 736         if (!unhandled_signal(tsk, SIGSEGV))
 737                 return;
 738
 739         if (!printk_ratelimit())
 740                 return;
 741
 742         printk("%s%s[%d]: segfault at %lx ip %p sp %p error %lx",
 743                 task_pid_nr(tsk) > 1 ? KERN_INFO : KERN_EMERG,
 744                 tsk->comm, task_pid_nr(tsk), address,
 745                 (void *)regs->ip, (void *)regs->sp, error_code);
 746
 747         print_vma_addr(KERN_CONT " in ", regs->ip);
 748
 749         printk(KERN_CONT "\n");
 750 }
 751
 752 static void
 753 __bad_area_nosemaphore(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code,
 754                        unsigned long address, int si_code)
 755 {
 756         struct task_struct *tsk = current;
 757
 758         /* User mode accesses just cause a SIGSEGV */
 759         if (error_code & PF_USER) {
 760                 /*
 761                  * It's possible to have interrupts off here:
 762                  */
 763                 local_irq_enable();
 764
 765                 /*
 766                  * Valid to do another page fault here because this one came
 767                  * from user space:
 768                  */
 769                 if (is_prefetch(regs, error_code, address))
 770                         return;
 771
 772                 if (is_errata100(regs, address))
 773                         return;
 774
 775 #ifdef CONFIG_X86_64
 776                 /*
 777                  * Instruction fetch faults in the vsyscall page might need
 778                  * emulation.
 779                  */
 780                 if (unlikely((error_code & PF_INSTR) &&
 781                              ((address & ~0xfff) == VSYSCALL_ADDR))) {
 782                         if (emulate_vsyscall(regs, address))
 783                                 return;
 784                 }
 785 #endif
 786                 /* Kernel addresses are always protection faults: */
 787                 if (address >= TASK_SIZE)
 788                         error_code |= PF_PROT;
 789
 790                 if (likely(show_unhandled_signals))
 791                         show_signal_msg(regs, error_code, address, tsk);
 792
 793                 tsk->thread.cr2         = address;
 794                 tsk->thread.error_code  = error_code;
 795                 tsk->thread.trap_nr     = X86_TRAP_PF;
 796
 797                 force_sig_info_fault(SIGSEGV, si_code, address, tsk, 0);
 798
 799                 return;
 800         }
 801
 802         if (is_f00f_bug(regs, address))
 803                 return;
 804
 805         no_context(regs, error_code, address, SIGSEGV, si_code);
 806 }
 807
 808 static noinline void
 809 bad_area_nosemaphore(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code,
 810                      unsigned long address)
 811 {
 812         __bad_area_nosemaphore(regs, error_code, address, SEGV_MAPERR);
 813 }
 814
 815 static void
 816 __bad_area(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code,
 817            unsigned long address, int si_code)
 818 {
 819         struct mm_struct *mm = current->mm;
 820
 821         /*
 822          * Something tried to access memory that isn't in our memory map..
 823          * Fix it, but check if it's kernel or user first..
 824          */
 825         up_read(&mm->mmap_sem);
 826
 827         __bad_area_nosemaphore(regs, error_code, address, si_code);
 828 }
 829
 830 static noinline void
 831 bad_area(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code, unsigned long address)
 832 {
 833         __bad_area(regs, error_code, address, SEGV_MAPERR);
 834 }
 835
 836 static noinline void
 837 bad_area_access_error(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code,
 838                       unsigned long address)
 839 {
 840         __bad_area(regs, error_code, address, SEGV_ACCERR);
 841 }
 842
 843 static void
 844 do_sigbus(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code, unsigned long address,
 845           unsigned int fault)
 846 {
 847         struct task_struct *tsk = current;
 848         int code = BUS_ADRERR;
 849
 850         /* Kernel mode? Handle exceptions or die: */
 851         if (!(error_code & PF_USER)) {
 852                 no_context(regs, error_code, address, SIGBUS, BUS_ADRERR);
 853                 return;
 854         }
 855
 856         /* User-space => ok to do another page fault: */
 857         if (is_prefetch(regs, error_code, address))
 858                 return;
 859
 860         tsk->thread.cr2         = address;
 861         tsk->thread.error_code  = error_code;
 862         tsk->thread.trap_nr     = X86_TRAP_PF;
 863
 864 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
 865         if (fault & (VM_FAULT_HWPOISON|VM_FAULT_HWPOISON_LARGE)) {
 866                 printk(KERN_ERR
 867         "MCE: Killing %s:%d due to hardware memory corruption fault at %lx\n",
 868                         tsk->comm, tsk->pid, address);
 869                 code = BUS_MCEERR_AR;
 870         }
 871 #endif
 872         force_sig_info_fault(SIGBUS, code, address, tsk, fault);
 873 }
 874
 875 static noinline void
 876 mm_fault_error(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code,
 877                unsigned long address, unsigned int fault)
 878 {
 879         if (fatal_signal_pending(current) && !(error_code & PF_USER)) {
 880                 no_context(regs, error_code, address, 0, 0);
 881                 return;
 882         }
 883
 884         if (fault & VM_FAULT_OOM) {
 885                 /* Kernel mode? Handle exceptions or die: */
 886                 if (!(error_code & PF_USER)) {
 887                         no_context(regs, error_code, address,
 888                                    SIGSEGV, SEGV_MAPERR);
 889                         return;
 890                 }
 891
 892                 /*
 893                  * We ran out of memory, call the OOM killer, and return the
 894                  * userspace (which will retry the fault, or kill us if we got
 895                  * oom-killed):
 896                  */
 897                 pagefault_out_of_memory();
 898         } else {
 899                 if (fault & (VM_FAULT_SIGBUS|VM_FAULT_HWPOISON|
 900                              VM_FAULT_HWPOISON_LARGE))
 901                         do_sigbus(regs, error_code, address, fault);
 902                 else if (fault & VM_FAULT_SIGSEGV)
 903                         bad_area_nosemaphore(regs, error_code, address);
 904                 else
 905                         BUG();
 906         }
 907 }
 908
 909 static int spurious_fault_check(unsigned long error_code, pte_t *pte)
 910 {
 911         if ((error_code & PF_WRITE) && !pte_write(*pte))
 912                 return 0;
 913
 914         if ((error_code & PF_INSTR) && !pte_exec(*pte))
 915                 return 0;
 916
 917         return 1;
 918 }
 919
 920 /*
 921  * Handle a spurious fault caused by a stale TLB entry.
 922  *
 923  * This allows us to lazily refresh the TLB when increasing the
 924  * permissions of a kernel page (RO -> RW or NX -> X).  Doing it
 925  * eagerly is very expensive since that implies doing a full
 926  * cross-processor TLB flush, even if no stale TLB entries exist
 927  * on other processors.
 928  *
 929  * Spurious faults may only occur if the TLB contains an entry with
 930  * fewer permission than the page table entry.  Non-present (P = 0)
 931  * and reserved bit (R = 1) faults are never spurious.
 932  *
 933  * There are no security implications to leaving a stale TLB when
 934  * increasing the permissions on a page.
 935  *
 936  * Returns non-zero if a spurious fault was handled, zero otherwise.
 937  *
 938  * See Intel Developer's Manual Vol 3 Section 4.10.4.3, bullet 3
 939  * (Optional Invalidation).
 940  */
 941 static noinline int
 942 spurious_fault(unsigned long error_code, unsigned long address)
 943 {
 944         pgd_t *pgd;
 945         pud_t *pud;
 946         pmd_t *pmd;
 947         pte_t *pte;
 948         int ret;
 949
 950         /*
 951          * Only writes to RO or instruction fetches from NX may cause
 952          * spurious faults.
 953          *
 954          * These could be from user or supervisor accesses but the TLB
 955          * is only lazily flushed after a kernel mapping protection
 956          * change, so user accesses are not expected to cause spurious
 957          * faults.
 958          */
 959         if (error_code != (PF_WRITE | PF_PROT)
 960             && error_code != (PF_INSTR | PF_PROT))
 961                 return 0;
 962
 963         pgd = init_mm.pgd + pgd_index(address);
 964         if (!pgd_present(*pgd))
 965                 return 0;
 966
 967         pud = pud_offset(pgd, address);
 968         if (!pud_present(*pud))
 969                 return 0;
 970
 971         if (pud_large(*pud))
 972                 return spurious_fault_check(error_code, (pte_t *) pud);
 973
 974         pmd = pmd_offset(pud, address);
 975         if (!pmd_present(*pmd))
 976                 return 0;
 977
 978         if (pmd_large(*pmd))
 979                 return spurious_fault_check(error_code, (pte_t *) pmd);
 980
 981         pte = pte_offset_kernel(pmd, address);
 982         if (!pte_present(*pte))
 983                 return 0;
 984
 985         ret = spurious_fault_check(error_code, pte);
 986         if (!ret)
 987                 return 0;
 988
 989         /*
 990          * Make sure we have permissions in PMD.
 991          * If not, then there's a bug in the page tables:
 992          */
 993         ret = spurious_fault_check(error_code, (pte_t *) pmd);
 994         WARN_ONCE(!ret, "PMD has incorrect permission bits\n");
 995
 996         return ret;
 997 }
 998 NOKPROBE_SYMBOL(spurious_fault);
 999
1000 int show_unhandled_signals = 1;
1001
1002 static inline int
1003 access_error(unsigned long error_code, struct vm_area_struct *vma)
1004 {
1005         if (error_code & PF_WRITE) {
1006                 /* write, present and write, not present: */
1007                 if (unlikely(!(vma->vm_flags & VM_WRITE)))
1008                         return 1;
1009                 return 0;
1010         }
1011
1012         /* read, present: */
1013         if (unlikely(error_code & PF_PROT))
1014                 return 1;
1015
1016         /* read, not present: */
1017         if (unlikely(!(vma->vm_flags & (VM_READ | VM_EXEC | VM_WRITE))))
1018                 return 1;
1019
1020         return 0;
1021 }
1022
1023 static int fault_in_kernel_space(unsigned long address)
1024 {
1025         return address >= TASK_SIZE_MAX;
1026 }
1027
1028 static inline bool smap_violation(int error_code, struct pt_regs *regs)
1029 {
1030         if (!IS_ENABLED(CONFIG_X86_SMAP))
1031                 return false;
1032
1033         if (!static_cpu_has(X86_FEATURE_SMAP))
1034                 return false;
1035
1036         if (error_code & PF_USER)
1037                 return false;
1038
1039         if (!user_mode(regs) && (regs->flags & X86_EFLAGS_AC))
1040                 return false;
1041
1042         return true;
1043 }
1044
1045 /*
1046  * This routine handles page faults.  It determines the address,
1047  * and the problem, and then passes it off to one of the appropriate
1048  * routines.
1049  *
1050  * This function must have noinline because both callers
1051  * {,trace_}do_page_fault() have notrace on. Having this an actual function
1052  * guarantees there's a function trace entry.
1053  */
1054 static noinline void
1055 __do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code,
1056                 unsigned long address)
1057 {
1058         struct vm_area_struct *vma;
1059         struct task_struct *tsk;
1060         struct mm_struct *mm;
1061         int fault, major = 0;
1062         unsigned int flags = FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY | FAULT_FLAG_KILLABLE;
1063
1064         tsk = current;
1065         mm = tsk->mm;
1066
1067         /*
1068          * Detect and handle instructions that would cause a page fault for
1069          * both a tracked kernel page and a userspace page.
1070          */
1071         if (kmemcheck_active(regs))
1072                 kmemcheck_hide(regs);
1073         prefetchw(&mm->mmap_sem);
1074
1075         if (unlikely(kmmio_fault(regs, address)))
1076                 return;
1077
1078         /*
1079          * We fault-in kernel-space virtual memory on-demand. The
1080          * 'reference' page table is init_mm.pgd.
1081          *
1082          * NOTE! We MUST NOT take any locks for this case. We may
1083          * be in an interrupt or a critical region, and should
1084          * only copy the information from the master page table,
1085          * nothing more.
1086          *
1087          * This verifies that the fault happens in kernel space
1088          * (error_code & 4) == 0, and that the fault was not a
1089          * protection error (error_code & 9) == 0.
1090          */
1091         if (unlikely(fault_in_kernel_space(address))) {
1092                 if (!(error_code & (PF_RSVD | PF_USER | PF_PROT))) {
1093                         if (vmalloc_fault(address) >= 0)
1094                                 return;
1095
1096                         if (kmemcheck_fault(regs, address, error_code))
1097                                 return;
1098                 }
1099
1100                 /* Can handle a stale RO->RW TLB: */
1101                 if (spurious_fault(error_code, address))
1102                         return;
1103
1104                 /* kprobes don't want to hook the spurious faults: */
1105                 if (kprobes_fault(regs))
1106                         return;
1107                 /*
1108                  * Don't take the mm semaphore here. If we fixup a prefetch
1109                  * fault we could otherwise deadlock:
1110                  */
1111                 bad_area_nosemaphore(regs, error_code, address);
1112
1113                 return;
1114         }
1115
1116         /* kprobes don't want to hook the spurious faults: */
1117         if (unlikely(kprobes_fault(regs)))
1118                 return;
1119
1120         if (unlikely(error_code & PF_RSVD))
1121                 pgtable_bad(regs, error_code, address);
1122
1123         if (unlikely(smap_violation(error_code, regs))) {
1124                 bad_area_nosemaphore(regs, error_code, address);
1125                 return;
1126         }
1127
1128         /*
1129          * If we're in an interrupt, have no user context or are running
1130          * in a region with pagefaults disabled then we must not take the fault
1131          */
1132         if (unlikely(faulthandler_disabled() || !mm)) {
1133                 bad_area_nosemaphore(regs, error_code, address);
1134                 return;
1135         }
1136
1137         /*
1138          * It's safe to allow irq's after cr2 has been saved and the
1139          * vmalloc fault has been handled.
1140          *
1141          * User-mode registers count as a user access even for any
1142          * potential system fault or CPU buglet:
1143          */
1144         if (user_mode(regs)) {
1145                 local_irq_enable();
1146                 error_code |= PF_USER;
1147                 flags |= FAULT_FLAG_USER;
1148         } else {
1149                 if (regs->flags & X86_EFLAGS_IF)
1150                         local_irq_enable();
1151         }
1152
1153         perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS, 1, regs, address);
1154
1155         if (error_code & PF_WRITE)
1156                 flags |= FAULT_FLAG_WRITE;
1157
1158         /*
1159          * When running in the kernel we expect faults to occur only to
1160          * addresses in user space.  All other faults represent errors in
1161          * the kernel and should generate an OOPS.  Unfortunately, in the
1162          * case of an erroneous fault occurring in a code path which already
1163          * holds mmap_sem we will deadlock attempting to validate the fault
1164          * against the address space.  Luckily the kernel only validly
1165          * references user space from well defined areas of code, which are
1166          * listed in the exceptions table.
1167          *
1168          * As the vast majority of faults will be valid we will only perform
1169          * the source reference check when there is a possibility of a
1170          * deadlock. Attempt to lock the address space, if we cannot we then
1171          * validate the source. If this is invalid we can skip the address
1172          * space check, thus avoiding the deadlock:
1173          */
1174         if (unlikely(!down_read_trylock(&mm->mmap_sem))) {
1175                 if ((error_code & PF_USER) == 0 &&
1176                     !search_exception_tables(regs->ip)) {
1177                         bad_area_nosemaphore(regs, error_code, address);
1178                         return;
1179                 }
1180 retry:
1181                 down_read(&mm->mmap_sem);
1182         } else {
1183                 /*
1184                  * The above down_read_trylock() might have succeeded in
1185                  * which case we'll have missed the might_sleep() from
1186                  * down_read():
1187                  */
1188                 might_sleep();
1189         }
1190
1191         vma = find_vma(mm, address);
1192         if (unlikely(!vma)) {
1193                 bad_area(regs, error_code, address);
1194                 return;
1195         }
1196         if (likely(vma->vm_start <= address))
1197                 goto good_area;
1198         if (unlikely(!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN))) {
1199                 bad_area(regs, error_code, address);
1200                 return;
1201         }
1202         if (error_code & PF_USER) {
1203                 /*
1204                  * Accessing the stack below %sp is always a bug.
1205                  * The large cushion allows instructions like enter
1206                  * and pusha to work. ("enter $65535, $31" pushes
1207                  * 32 pointers and then decrements %sp by 65535.)
1208                  */
1209                 if (unlikely(address + 65536 + 32 * sizeof(unsigned long) < regs->sp)) {
1210                         bad_area(regs, error_code, address);
1211                         return;
1212                 }
1213         }
1214         if (unlikely(expand_stack(vma, address))) {
1215                 bad_area(regs, error_code, address);
1216                 return;
1217         }
1218
1219         /*
1220          * Ok, we have a good vm_area for this memory access, so
1221          * we can handle it..
1222          */
1223 good_area:
1224         if (unlikely(access_error(error_code, vma))) {
1225                 bad_area_access_error(regs, error_code, address);
1226                 return;
1227         }
1228
1229         /*
1230          * If for any reason at all we couldn't handle the fault,
1231          * make sure we exit gracefully rather than endlessly redo
1232          * the fault.  Since we never set FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT, if
1233          * we get VM_FAULT_RETRY back, the mmap_sem has been unlocked.
1234          */
1235         fault = handle_mm_fault(mm, vma, address, flags);
1236         major |= fault & VM_FAULT_MAJOR;
1237
1238         /*
1239          * If we need to retry the mmap_sem has already been released,
1240          * and if there is a fatal signal pending there is no guarantee
1241          * that we made any progress. Handle this case first.
1242          */
1243         if (unlikely(fault & VM_FAULT_RETRY)) {
1244                 /* Retry at most once */
1245                 if (flags & FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY) {
1246                         flags &= ~FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY;
1247                         flags |= FAULT_FLAG_TRIED;
1248                         if (!fatal_signal_pending(tsk))
1249                                 goto retry;
1250                 }
1251
1252                 /* User mode? Just return to handle the fatal exception */
1253                 if (flags & FAULT_FLAG_USER)
1254                         return;
1255
1256                 /* Not returning to user mode? Handle exceptions or die: */
1257                 no_context(regs, error_code, address, SIGBUS, BUS_ADRERR);
1258                 return;
1259         }
1260
1261         up_read(&mm->mmap_sem);
1262         if (unlikely(fault & VM_FAULT_ERROR)) {
1263                 mm_fault_error(regs, error_code, address, fault);
1264                 return;
1265         }
1266
1267         /*
1268          * Major/minor page fault accounting. If any of the events
1269          * returned VM_FAULT_MAJOR, we account it as a major fault.
1270          */
1271         if (major) {
1272                 tsk->maj_flt++;
1273                 perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS_MAJ, 1, regs, address);
1274         } else {
1275                 tsk->min_flt++;
1276                 perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS_MIN, 1, regs, address);
1277         }
1278
1279         check_v8086_mode(regs, address, tsk);
1280 }
1281 NOKPROBE_SYMBOL(__do_page_fault);
1282
1283 dotraplinkage void notrace
1284 do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
1285 {
1286         unsigned long address = read_cr2(); /* Get the faulting address */
1287         enum ctx_state prev_state;
1288
1289         /*
1290          * We must have this function tagged with __kprobes, notrace and call
1291          * read_cr2() before calling anything else. To avoid calling any kind
1292          * of tracing machinery before we've observed the CR2 value.
1293          *
1294          * exception_{enter,exit}() contain all sorts of tracepoints.
1295          */
1296
1297         prev_state = exception_enter();
1298         __do_page_fault(regs, error_code, address);
1299         exception_exit(prev_state);
1300 }
1301 NOKPROBE_SYMBOL(do_page_fault);
1302
1303 #ifdef CONFIG_TRACING
1304 static nokprobe_inline void
1305 trace_page_fault_entries(unsigned long address, struct pt_regs *regs,
1306                          unsigned long error_code)
1307 {
1308         if (user_mode(regs))
1309                 trace_page_fault_user(address, regs, error_code);
1310         else
1311                 trace_page_fault_kernel(address, regs, error_code);
1312 }
1313
1314 dotraplinkage void notrace
1315 trace_do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
1316 {
1317         /*
1318          * The exception_enter and tracepoint processing could
1319          * trigger another page faults (user space callchain
1320          * reading) and destroy the original cr2 value, so read
1321          * the faulting address now.
1322          */
1323         unsigned long address = read_cr2();
1324         enum ctx_state prev_state;
1325
1326         prev_state = exception_enter();
1327         trace_page_fault_entries(address, regs, error_code);
1328         __do_page_fault(regs, error_code, address);
1329         exception_exit(prev_state);
1330 }
1331 NOKPROBE_SYMBOL(trace_do_page_fault);
1332 #endif /* CONFIG_TRACING */