arch/i386/mm/fault.c

   1 /*
   2  *  linux/arch/i386/mm/fault.c
   3  *
   4  *  Copyright (C) 1995  Linus Torvalds
   5  */
   6
   7 #include <linux/signal.h>
   8 #include <linux/sched.h>
   9 #include <linux/kernel.h>
  10 #include <linux/errno.h>
  11 #include <linux/string.h>
  12 #include <linux/types.h>
  13 #include <linux/ptrace.h>
  14 #include <linux/mman.h>
  15 #include <linux/mm.h>
  16 #include <linux/smp.h>
  17 #include <linux/smp_lock.h>
  18 #include <linux/interrupt.h>
  19 #include <linux/init.h>
  20 #include <linux/tty.h>
  21 #include <linux/vt_kern.h>              /* For unblank_screen() */
  22 #include <linux/highmem.h>
  23 #include <linux/module.h>
  24
  25 #include <asm/system.h>
  26 #include <asm/uaccess.h>
  27 #include <asm/hardirq.h>
  28 #include <asm/desc.h>
  29 #include <asm/tlbflush.h>
  30
  31 extern void die(const char *,struct pt_regs *,long);
  32
  33 /*
  34  * Unlock any spinlocks which will prevent us from getting the
  35  * message out
  36  */
  37 void bust_spinlocks(int yes)
  38 {
  39         int loglevel_save = console_loglevel;
  40
  41         if (yes) {
  42                 oops_in_progress = 1;
  43                 return;
  44         }
  45 #ifdef CONFIG_VT
  46         unblank_screen();
  47 #endif
  48         oops_in_progress = 0;
  49         /*
  50          * OK, the message is on the console.  Now we call printk()
  51          * without oops_in_progress set so that printk will give klogd
  52          * a poke.  Hold onto your hats...
  53          */
  54         console_loglevel = 15;          /* NMI oopser may have shut the console up */
  55         printk(" ");
  56         console_loglevel = loglevel_save;
  57 }
  58
  59 /*
  60  * Return EIP plus the CS segment base.  The segment limit is also
  61  * adjusted, clamped to the kernel/user address space (whichever is
  62  * appropriate), and returned in *eip_limit.
  63  *
  64  * The segment is checked, because it might have been changed by another
  65  * task between the original faulting instruction and here.
  66  *
  67  * If CS is no longer a valid code segment, or if EIP is beyond the
  68  * limit, or if it is a kernel address when CS is not a kernel segment,
  69  * then the returned value will be greater than *eip_limit.
  70  *
  71  * This is slow, but is very rarely executed.
  72  */
  73 static inline unsigned long get_segment_eip(struct pt_regs *regs,
  74                                             unsigned long *eip_limit)
  75 {
  76         unsigned long eip = regs->eip;
  77         unsigned seg = regs->xcs & 0xffff;
  78         u32 seg_ar, seg_limit, base, *desc;
  79
  80         /* The standard kernel/user address space limit. */
  81         *eip_limit = (seg & 3) ? USER_DS.seg : KERNEL_DS.seg;
  82
  83         /* Unlikely, but must come before segment checks. */
  84         if (unlikely((regs->eflags & VM_MASK) != 0))
  85                 return eip + (seg << 4);
  86
  87         /* By far the most common cases. */
  88         if (likely(seg == __USER_CS || seg == __KERNEL_CS))
  89                 return eip;
  90
  91         /* Check the segment exists, is within the current LDT/GDT size,
  92            that kernel/user (ring 0..3) has the appropriate privilege,
  93            that it's a code segment, and get the limit. */
  94         __asm__ ("larl %3,%0; lsll %3,%1"
  95                  : "=&r" (seg_ar), "=r" (seg_limit) : "0" (0), "rm" (seg));
  96         if ((~seg_ar & 0x9800) || eip > seg_limit) {
  97                 *eip_limit = 0;
  98                 return 1;        /* So that returned eip > *eip_limit. */
  99         }
 100
 101         /* Get the GDT/LDT descriptor base.
 102            When you look for races in this code remember that
 103            LDT and other horrors are only used in user space. */
 104         if (seg & (1<<2)) {
 105                 /* Must lock the LDT while reading it. */
 106                 down(&current->mm->context.sem);
 107 #if 1
 108                 /* horrible hack for 4/4 disabled kernels.
 109                    I'm not quite sure what the TLB flush is good for,
 110                    it's mindlessly copied from the read_ldt code */
 111                 __flush_tlb_global();
 112                 desc = kmap(current->mm->context.ldt_pages[(seg&~7)/PAGE_SIZE]);
 113                 desc = (void *)desc + ((seg & ~7) % PAGE_SIZE);
 114 #else
 115                 desc = current->mm->context.ldt;
 116                 desc = (void *)desc + (seg & ~7);
 117 #endif
 118         } else {
 119                 /* Must disable preemption while reading the GDT. */
 120                 desc = (u32 *)&cpu_gdt_table[get_cpu()];
 121                 desc = (void *)desc + (seg & ~7);
 122         }
 123
 124         /* Decode the code segment base from the descriptor */
 125         base =   (desc[0] >> 16) |
 126                 ((desc[1] & 0xff) << 16) |
 127                  (desc[1] & 0xff000000);
 128
 129         if (seg & (1<<2)) {
 130 #if 1
 131                 kunmap((void *)((unsigned long)desc & PAGE_MASK));
 132 #endif
 133                 up(&current->mm->context.sem);
 134         } else
 135                 put_cpu();
 136
 137         /* Adjust EIP and segment limit, and clamp at the kernel limit.
 138            It's legitimate for segments to wrap at 0xffffffff. */
 139         seg_limit += base;
 140         if (seg_limit < *eip_limit && seg_limit >= base)
 141                 *eip_limit = seg_limit;
 142         return eip + base;
 143 }
 144
 145 /*
 146  * Sometimes AMD Athlon/Opteron CPUs report invalid exceptions on prefetch.
 147  * Check that here and ignore it.
 148  */
 149 static int __is_prefetch(struct pt_regs *regs, unsigned long addr)
 150 {
 151         unsigned long limit;
 152         unsigned long instr = get_segment_eip (regs, &limit);
 153         int scan_more = 1;
 154         int prefetch = 0;
 155         int i;
 156
 157         for (i = 0; scan_more && i < 15; i++) {
 158                 unsigned char opcode;
 159                 unsigned char instr_hi;
 160                 unsigned char instr_lo;
 161
 162                 if (instr > limit)
 163                         break;
 164                 if (__get_user(opcode, (unsigned char *) instr))
 165                         break;
 166
 167                 instr_hi = opcode & 0xf0;
 168                 instr_lo = opcode & 0x0f;
 169                 instr++;
 170
 171                 switch (instr_hi) {
 172                 case 0x20:
 173                 case 0x30:
 174                         /* Values 0x26,0x2E,0x36,0x3E are valid x86 prefixes. */
 175                         scan_more = ((instr_lo & 7) == 0x6);
 176                         break;
 177
 178                 case 0x60:
 179                         /* 0x64 thru 0x67 are valid prefixes in all modes. */
 180                         scan_more = (instr_lo & 0xC) == 0x4;
 181                         break;
 182                 case 0xF0:
 183                         /* 0xF0, 0xF2, and 0xF3 are valid prefixes */
 184                         scan_more = !instr_lo || (instr_lo>>1) == 1;
 185                         break;
 186                 case 0x00:
 187                         /* Prefetch instruction is 0x0F0D or 0x0F18 */
 188                         scan_more = 0;
 189                         if (instr > limit)
 190                                 break;
 191                         if (__get_user(opcode, (unsigned char *) instr))
 192                                 break;
 193                         prefetch = (instr_lo == 0xF) &&
 194                                 (opcode == 0x0D || opcode == 0x18);
 195                         break;
 196                 default:
 197                         scan_more = 0;
 198                         break;
 199                 }
 200         }
 201         return prefetch;
 202 }
 203
 204 static inline int is_prefetch(struct pt_regs *regs, unsigned long addr,
 205                               unsigned long error_code)
 206 {
 207         if (unlikely(boot_cpu_data.x86_vendor == X86_VENDOR_AMD &&
 208                      boot_cpu_data.x86 >= 6)) {
 209                 /* Catch an obscure case of prefetch inside an NX page. */
 210                 if (nx_enabled && (error_code & 16))
 211                         return 0;
 212                 return __is_prefetch(regs, addr);
 213         }
 214         return 0;
 215 }
 216
 217 asmlinkage void do_invalid_op(struct pt_regs *, unsigned long);
 218
 219 /*
 220  * This routine handles page faults.  It determines the address,
 221  * and the problem, and then passes it off to one of the appropriate
 222  * routines.
 223  *
 224  * error_code:
 225  *      bit 0 == 0 means no page found, 1 means protection fault
 226  *      bit 1 == 0 means read, 1 means write
 227  *      bit 2 == 0 means kernel, 1 means user-mode
 228  */
 229 asmlinkage void do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
 230 {
 231         struct task_struct *tsk;
 232         struct mm_struct *mm;
 233         struct vm_area_struct * vma;
 234         unsigned long address;
 235         unsigned long page;
 236         int write;
 237         siginfo_t info;
 238
 239         /* get the address */
 240         __asm__("movl %%cr2,%0":"=r" (address));
 241
 242         /* It's safe to allow irq's after cr2 has been saved */
 243         if (regs->eflags & (X86_EFLAGS_IF|VM_MASK))
 244                 local_irq_enable();
 245
 246         tsk = current;
 247
 248         info.si_code = SEGV_MAPERR;
 249
 250         /*
 251          * We fault-in kernel-space virtual memory on-demand. The
 252          * 'reference' page table is init_mm.pgd.
 253          *
 254          * NOTE! We MUST NOT take any locks for this case. We may
 255          * be in an interrupt or a critical region, and should
 256          * only copy the information from the master page table,
 257          * nothing more.
 258          *
 259          * This verifies that the fault happens in kernel space
 260          * (error_code & 4) == 0, and that the fault was not a
 261          * protection error (error_code & 1) == 0.
 262          */
 263 #ifdef CONFIG_X86_4G
 264         /*
 265          * On 4/4 all kernels faults are either bugs, vmalloc or prefetch
 266          */
 267         /* If it's vm86 fall through */
 268         if (unlikely(!(regs->eflags & VM_MASK) && ((regs->xcs & 3) == 0))) {
 269                 if (error_code & 3)
 270                         goto bad_area_nosemaphore;
 271                 goto vmalloc_fault;
 272         }
 273 #else
 274         if (unlikely(address >= TASK_SIZE)) {
 275                 if (!(error_code & 5))
 276                         goto vmalloc_fault;
 277                 /*
 278                  * Don't take the mm semaphore here. If we fixup a prefetch
 279                  * fault we could otherwise deadlock.
 280                  */
 281                 goto bad_area_nosemaphore;
 282         }
 283 #endif
 284
 285         mm = tsk->mm;
 286
 287         /*
 288          * If we're in an interrupt, have no user context or are running in an
 289          * atomic region then we must not take the fault..
 290          */
 291         if (in_atomic() || !mm)
 292                 goto bad_area_nosemaphore;
 293
 294         /* When running in the kernel we expect faults to occur only to
 295          * addresses in user space.  All other faults represent errors in the
 296          * kernel and should generate an OOPS.  Unfortunatly, in the case of an
 297          * erroneous fault occuring in a code path which already holds mmap_sem
 298          * we will deadlock attempting to validate the fault against the
 299          * address space.  Luckily the kernel only validly references user
 300          * space from well defined areas of code, which are listed in the
 301          * exceptions table.
 302          *
 303          * As the vast majority of faults will be valid we will only perform
 304          * the source reference check when there is a possibilty of a deadlock.
 305          * Attempt to lock the address space, if we cannot we then validate the
 306          * source.  If this is invalid we can skip the address space check,
 307          * thus avoiding the deadlock.
 308          */
 309         if (!down_read_trylock(&mm->mmap_sem)) {
 310                 if ((error_code & 4) == 0 &&
 311                     !search_exception_tables(regs->eip))
 312                         goto bad_area_nosemaphore;
 313                 down_read(&mm->mmap_sem);
 314         }
 315
 316         vma = find_vma(mm, address);
 317         if (!vma)
 318                 goto bad_area;
 319         if (vma->vm_start <= address)
 320                 goto good_area;
 321         if (!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN))
 322                 goto bad_area;
 323         if (error_code & 4) {
 324                 /*
 325                  * accessing the stack below %esp is always a bug.
 326                  * The "+ 32" is there due to some instructions (like
 327                  * pusha) doing post-decrement on the stack and that
 328                  * doesn't show up until later..
 329                  */
 330                 if (address + 32 < regs->esp)
 331                         goto bad_area;
 332         }
 333         if (expand_stack(vma, address))
 334                 goto bad_area;
 335 /*
 336  * Ok, we have a good vm_area for this memory access, so
 337  * we can handle it..
 338  */
 339 good_area:
 340         info.si_code = SEGV_ACCERR;
 341         write = 0;
 342         switch (error_code & 3) {
 343                 default:        /* 3: write, present */
 344 #ifdef TEST_VERIFY_AREA
 345                         if (regs->cs == KERNEL_CS)
 346                                 printk("WP fault at %08lx\n", regs->eip);
 347 #endif
 348                         /* fall through */
 349                 case 2:         /* write, not present */
 350                         if (!(vma->vm_flags & VM_WRITE))
 351                                 goto bad_area;
 352                         write++;
 353                         break;
 354                 case 1:         /* read, present */
 355                         goto bad_area;
 356                 case 0:         /* read, not present */
 357                         if (!(vma->vm_flags & (VM_READ | VM_EXEC)))
 358                                 goto bad_area;
 359         }
 360
 361  survive:
 362         /*
 363          * If for any reason at all we couldn't handle the fault,
 364          * make sure we exit gracefully rather than endlessly redo
 365          * the fault.
 366          */
 367         switch (handle_mm_fault(mm, vma, address, write)) {
 368                 case VM_FAULT_MINOR:
 369                         tsk->min_flt++;
 370                         break;
 371                 case VM_FAULT_MAJOR:
 372                         tsk->maj_flt++;
 373                         break;
 374                 case VM_FAULT_SIGBUS:
 375                         goto do_sigbus;
 376                 case VM_FAULT_OOM:
 377                         goto out_of_memory;
 378                 default:
 379                         BUG();
 380         }
 381
 382         /*
 383          * Did it hit the DOS screen memory VA from vm86 mode?
 384          */
 385         if (regs->eflags & VM_MASK) {
 386                 unsigned long bit = (address - 0xA0000) >> PAGE_SHIFT;
 387                 if (bit < 32)
 388                         tsk->thread.screen_bitmap |= 1 << bit;
 389         }
 390         up_read(&mm->mmap_sem);
 391         return;
 392
 393 /*
 394  * Something tried to access memory that isn't in our memory map..
 395  * Fix it, but check if it's kernel or user first..
 396  */
 397 bad_area:
 398         up_read(&mm->mmap_sem);
 399
 400 bad_area_nosemaphore:
 401         /* User mode accesses just cause a SIGSEGV */
 402         if (error_code & 4) {
 403                 /*
 404                  * Valid to do another page fault here because this one came
 405                  * from user space.
 406                  */
 407                 if (is_prefetch(regs, address, error_code))
 408                         return;
 409
 410                 tsk->thread.cr2 = address;
 411                 /* Kernel addresses are always protection faults */
 412                 tsk->thread.error_code = error_code | (address >= TASK_SIZE);
 413                 tsk->thread.trap_no = 14;
 414                 info.si_signo = SIGSEGV;
 415                 info.si_errno = 0;
 416                 /* info.si_code has been set above */
 417                 info.si_addr = (void __user *)address;
 418                 force_sig_info(SIGSEGV, &info, tsk);
 419                 return;
 420         }
 421
 422 #ifdef CONFIG_X86_F00F_BUG
 423         /*
 424          * Pentium F0 0F C7 C8 bug workaround.
 425          */
 426         if (boot_cpu_data.f00f_bug) {
 427                 unsigned long nr;
 428
 429                 nr = (address - idt_descr.address) >> 3;
 430
 431                 if (nr == 6) {
 432                         do_invalid_op(regs, 0);
 433                         return;
 434                 }
 435         }
 436 #endif
 437
 438 no_context:
 439         /* Are we prepared to handle this kernel fault?  */
 440         if (fixup_exception(regs))
 441                 return;
 442
 443         /*
 444          * Valid to do another page fault here, because if this fault
 445          * had been triggered by is_prefetch fixup_exception would have
 446          * handled it.
 447          */
 448         if (is_prefetch(regs, address, error_code))
 449                 return;
 450
 451 /*
 452  * Oops. The kernel tried to access some bad page. We'll have to
 453  * terminate things with extreme prejudice.
 454  */
 455
 456         bust_spinlocks(1);
 457
 458 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 459         if (error_code & 16) {
 460                 pte_t *pte = lookup_address(address);
 461
 462                 if (pte && pte_present(*pte) && !pte_exec_kernel(*pte))
 463                         printk(KERN_CRIT "kernel tried to execute NX-protected page - exploit attempt? (uid: %d)\n", current->uid);
 464         }
 465 #endif
 466         if (address < PAGE_SIZE)
 467                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel NULL pointer dereference");
 468         else
 469                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel paging request");
 470         printk(" at virtual address %08lx\n",address);
 471         printk(KERN_ALERT " printing eip:\n");
 472         printk("%08lx\n", regs->eip);
 473         asm("movl %%cr3,%0":"=r" (page));
 474         page = ((unsigned long *) __va(page))[address >> 22];
 475         printk(KERN_ALERT "*pde = %08lx\n", page);
 476         /*
 477          * We must not directly access the pte in the highpte
 478          * case, the page table might be allocated in highmem.
 479          * And lets rather not kmap-atomic the pte, just in case
 480          * it's allocated already.
 481          */
 482 #ifndef CONFIG_HIGHPTE
 483         if (page & 1) {
 484                 page &= PAGE_MASK;
 485                 address &= 0x003ff000;
 486                 page = ((unsigned long *) __va(page))[address >> PAGE_SHIFT];
 487                 printk(KERN_ALERT "*pte = %08lx\n", page);
 488         }
 489 #endif
 490         die("Oops", regs, error_code);
 491         bust_spinlocks(0);
 492         do_exit(SIGKILL);
 493
 494 /*
 495  * We ran out of memory, or some other thing happened to us that made
 496  * us unable to handle the page fault gracefully.
 497  */
 498 out_of_memory:
 499         up_read(&mm->mmap_sem);
 500         if (tsk->pid == 1) {
 501                 yield();
 502                 down_read(&mm->mmap_sem);
 503                 goto survive;
 504         }
 505         printk("VM: killing process %s\n", tsk->comm);
 506         if (error_code & 4)
 507                 do_exit(SIGKILL);
 508         goto no_context;
 509
 510 do_sigbus:
 511         up_read(&mm->mmap_sem);
 512
 513         /* Kernel mode? Handle exceptions or die */
 514         if (!(error_code & 4))
 515                 goto no_context;
 516
 517         /* User space => ok to do another page fault */
 518         if (is_prefetch(regs, address, error_code))
 519                 return;
 520
 521         tsk->thread.cr2 = address;
 522         tsk->thread.error_code = error_code;
 523         tsk->thread.trap_no = 14;
 524         info.si_signo = SIGBUS;
 525         info.si_errno = 0;
 526         info.si_code = BUS_ADRERR;
 527         info.si_addr = (void __user *)address;
 528         force_sig_info(SIGBUS, &info, tsk);
 529         return;
 530
 531 vmalloc_fault:
 532         {
 533                 /*
 534                  * Synchronize this task's top level page-table
 535                  * with the 'reference' page table.
 536                  *
 537                  * Do _not_ use "tsk" here. We might be inside
 538                  * an interrupt in the middle of a task switch..
 539                  */
 540                 int index = pgd_index(address);
 541                 pgd_t *pgd, *pgd_k;
 542                 pmd_t *pmd, *pmd_k;
 543                 pte_t *pte_k;
 544
 545                 asm("movl %%cr3,%0":"=r" (pgd));
 546                 pgd = index + (pgd_t *)__va(pgd);
 547                 pgd_k = init_mm.pgd + index;
 548
 549                 if (!pgd_present(*pgd_k))
 550                         goto no_context;
 551
 552                 /*
 553                  * set_pgd(pgd, *pgd_k); here would be useless on PAE
 554                  * and redundant with the set_pmd() on non-PAE.
 555                  */
 556
 557                 pmd = pmd_offset(pgd, address);
 558                 pmd_k = pmd_offset(pgd_k, address);
 559                 if (!pmd_present(*pmd_k))
 560                         goto no_context;
 561                 set_pmd(pmd, *pmd_k);
 562
 563                 pte_k = pte_offset_kernel(pmd_k, address);
 564                 if (!pte_present(*pte_k))
 565                         goto no_context;
 566                 return;
 567         }
 568 }