arch/s390/mm/fault.c

   1 /*
   2  *  arch/s390/mm/fault.c
   3  *
   4  *  S390 version
   5  *    Copyright (C) 1999 IBM Deutschland Entwicklung GmbH, IBM Corporation
   6  *    Author(s): Hartmut Penner (hp@de.ibm.com)
   7  *               Ulrich Weigand (uweigand@de.ibm.com)
   8  *
   9  *  Derived from "arch/i386/mm/fault.c"
  10  *    Copyright (C) 1995  Linus Torvalds
  11  */
  12
  13 #include <linux/config.h>
  14 #include <linux/signal.h>
  15 #include <linux/sched.h>
  16 #include <linux/kernel.h>
  17 #include <linux/errno.h>
  18 #include <linux/string.h>
  19 #include <linux/types.h>
  20 #include <linux/ptrace.h>
  21 #include <linux/mman.h>
  22 #include <linux/mm.h>
  23 #include <linux/smp.h>
  24 #include <linux/smp_lock.h>
  25 #include <linux/init.h>
  26 #include <linux/console.h>
  27 #include <linux/module.h>
  28 #include <linux/hardirq.h>
  29
  30 #include <asm/system.h>
  31 #include <asm/uaccess.h>
  32 #include <asm/pgtable.h>
  33
  34 #ifndef CONFIG_ARCH_S390X
  35 #define __FAIL_ADDR_MASK 0x7ffff000
  36 #define __FIXUP_MASK 0x7fffffff
  37 #define __SUBCODE_MASK 0x0200
  38 #define __PF_RES_FIELD 0ULL
  39 #else /* CONFIG_ARCH_S390X */
  40 #define __FAIL_ADDR_MASK -4096L
  41 #define __FIXUP_MASK ~0L
  42 #define __SUBCODE_MASK 0x0600
  43 #define __PF_RES_FIELD 0x8000000000000000ULL
  44 #endif /* CONFIG_ARCH_S390X */
  45
  46 #ifdef CONFIG_SYSCTL
  47 extern int sysctl_userprocess_debug;
  48 #endif
  49
  50 extern void die(const char *,struct pt_regs *,long);
  51
  52 extern spinlock_t timerlist_lock;
  53
  54 /*
  55  * Unlock any spinlocks which will prevent us from getting the
  56  * message out (timerlist_lock is acquired through the
  57  * console unblank code)
  58  */
  59 void bust_spinlocks(int yes)
  60 {
  61         if (yes) {
  62                 oops_in_progress = 1;
  63         } else {
  64                 int loglevel_save = console_loglevel;
  65                 oops_in_progress = 0;
  66                 console_unblank();
  67                 /*
  68                  * OK, the message is on the console.  Now we call printk()
  69                  * without oops_in_progress set so that printk will give klogd
  70                  * a poke.  Hold onto your hats...
  71                  */
  72                 console_loglevel = 15;
  73                 printk(" ");
  74                 console_loglevel = loglevel_save;
  75         }
  76 }
  77
  78 /*
  79  * Check which address space is addressed by the access
  80  * register in S390_lowcore.exc_access_id.
  81  * Returns 1 for user space and 0 for kernel space.
  82  */
  83 static int __check_access_register(struct pt_regs *regs, int error_code)
  84 {
  85         int areg = S390_lowcore.exc_access_id;
  86
  87         if (areg == 0)
  88                 /* Access via access register 0 -> kernel address */
  89                 return 0;
  90         if (regs && areg < NUM_ACRS && current->thread.acrs[areg] <= 1)
  91                 /*
  92                  * access register contains 0 -> kernel address,
  93                  * access register contains 1 -> user space address
  94                  */
  95                 return current->thread.acrs[areg];
  96
  97         /* Something unhealthy was done with the access registers... */
  98         die("page fault via unknown access register", regs, error_code);
  99         do_exit(SIGKILL);
 100         return 0;
 101 }
 102
 103 /*
 104  * Check which address space the address belongs to.
 105  * Returns 1 for user space and 0 for kernel space.
 106  */
 107 static inline int check_user_space(struct pt_regs *regs, int error_code)
 108 {
 109         /*
 110          * The lowest two bits of S390_lowcore.trans_exc_code indicate
 111          * which paging table was used:
 112          *   0: Primary Segment Table Descriptor
 113          *   1: STD determined via access register
 114          *   2: Secondary Segment Table Descriptor
 115          *   3: Home Segment Table Descriptor
 116          */
 117         int descriptor = S390_lowcore.trans_exc_code & 3;
 118         if (descriptor == 1) {
 119                 save_access_regs(current->thread.acrs);
 120                 return __check_access_register(regs, error_code);
 121         }
 122         return descriptor >> 1;
 123 }
 124
 125 /*
 126  * Send SIGSEGV to task.  This is an external routine
 127  * to keep the stack usage of do_page_fault small.
 128  */
 129 static void do_sigsegv(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code,
 130                        int si_code, unsigned long address)
 131 {
 132         struct siginfo si;
 133
 134 #if defined(CONFIG_SYSCTL) || defined(CONFIG_PROCESS_DEBUG)
 135 #if defined(CONFIG_SYSCTL)
 136         if (sysctl_userprocess_debug)
 137 #endif
 138         {
 139                 printk("User process fault: interruption code 0x%lX\n",
 140                        error_code);
 141                 printk("failing address: %lX\n", address);
 142                 show_regs(regs);
 143         }
 144 #endif
 145         si.si_signo = SIGSEGV;
 146         si.si_code = si_code;
 147         si.si_addr = (void *) address;
 148         force_sig_info(SIGSEGV, &si, current);
 149 }
 150
 151 /*
 152  * This routine handles page faults.  It determines the address,
 153  * and the problem, and then passes it off to one of the appropriate
 154  * routines.
 155  *
 156  * error_code:
 157  *   04       Protection           ->  Write-Protection  (suprression)
 158  *   10       Segment translation  ->  Not present       (nullification)
 159  *   11       Page translation     ->  Not present       (nullification)
 160  *   3b       Region third trans.  ->  Not present       (nullification)
 161  */
 162 extern inline void
 163 do_exception(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code, int is_protection)
 164 {
 165         struct task_struct *tsk;
 166         struct mm_struct *mm;
 167         struct vm_area_struct * vma;
 168         unsigned long address;
 169         int user_address;
 170         const struct exception_table_entry *fixup;
 171         int si_code = SEGV_MAPERR;
 172
 173         tsk = current;
 174         mm = tsk->mm;
 175
 176         /*
 177          * Check for low-address protection.  This needs to be treated
 178          * as a special case because the translation exception code
 179          * field is not guaranteed to contain valid data in this case.
 180          */
 181         if (is_protection && !(S390_lowcore.trans_exc_code & 4)) {
 182
 183                 /* Low-address protection hit in kernel mode means
 184                    NULL pointer write access in kernel mode.  */
 185                 if (!(regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE)) {
 186                         address = 0;
 187                         user_address = 0;
 188                         goto no_context;
 189                 }
 190
 191                 /* Low-address protection hit in user mode 'cannot happen'.  */
 192                 die ("Low-address protection", regs, error_code);
 193                 do_exit(SIGKILL);
 194         }
 195
 196         /*
 197          * get the failing address
 198          * more specific the segment and page table portion of
 199          * the address
 200          */
 201         address = S390_lowcore.trans_exc_code & __FAIL_ADDR_MASK;
 202         user_address = check_user_space(regs, error_code);
 203
 204         /*
 205          * Verify that the fault happened in user space, that
 206          * we are not in an interrupt and that there is a
 207          * user context.
 208          */
 209         if (user_address == 0 || in_interrupt() || !mm)
 210                 goto no_context;
 211
 212         /*
 213          * When we get here, the fault happened in the current
 214          * task's user address space, so we can switch on the
 215          * interrupts again and then search the VMAs
 216          */
 217         local_irq_enable();
 218
 219         down_read(&mm->mmap_sem);
 220
 221         vma = find_vma(mm, address);
 222         if (!vma)
 223                 goto bad_area;
 224         if (vma->vm_start <= address)
 225                 goto good_area;
 226         if (!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN))
 227                 goto bad_area;
 228         if (expand_stack(vma, address))
 229                 goto bad_area;
 230 /*
 231  * Ok, we have a good vm_area for this memory access, so
 232  * we can handle it..
 233  */
 234 good_area:
 235         si_code = SEGV_ACCERR;
 236         if (!is_protection) {
 237                 /* page not present, check vm flags */
 238                 if (!(vma->vm_flags & (VM_READ | VM_EXEC | VM_WRITE)))
 239                         goto bad_area;
 240         } else {
 241                 if (!(vma->vm_flags & VM_WRITE))
 242                         goto bad_area;
 243         }
 244
 245 survive:
 246         /*
 247          * If for any reason at all we couldn't handle the fault,
 248          * make sure we exit gracefully rather than endlessly redo
 249          * the fault.
 250          */
 251         switch (handle_mm_fault(mm, vma, address, is_protection)) {
 252         case VM_FAULT_MINOR:
 253                 tsk->min_flt++;
 254                 break;
 255         case VM_FAULT_MAJOR:
 256                 tsk->maj_flt++;
 257                 break;
 258         case VM_FAULT_SIGBUS:
 259                 goto do_sigbus;
 260         case VM_FAULT_OOM:
 261                 goto out_of_memory;
 262         default:
 263                 BUG();
 264         }
 265
 266         up_read(&mm->mmap_sem);
 267         /*
 268          * The instruction that caused the program check will
 269          * be repeated. Don't signal single step via SIGTRAP.
 270          */
 271         clear_tsk_thread_flag(current, TIF_SINGLE_STEP);
 272         return;
 273
 274 /*
 275  * Something tried to access memory that isn't in our memory map..
 276  * Fix it, but check if it's kernel or user first..
 277  */
 278 bad_area:
 279         up_read(&mm->mmap_sem);
 280
 281         /* User mode accesses just cause a SIGSEGV */
 282         if (regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE) {
 283                 tsk->thread.prot_addr = address;
 284                 tsk->thread.trap_no = error_code;
 285                 do_sigsegv(regs, error_code, si_code, address);
 286                 return;
 287         }
 288
 289 no_context:
 290         /* Are we prepared to handle this kernel fault?  */
 291         fixup = search_exception_tables(regs->psw.addr & __FIXUP_MASK);
 292         if (fixup) {
 293                 regs->psw.addr = fixup->fixup | PSW_ADDR_AMODE;
 294                 return;
 295         }
 296
 297 /*
 298  * Oops. The kernel tried to access some bad page. We'll have to
 299  * terminate things with extreme prejudice.
 300  */
 301         if (user_address == 0)
 302                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel pointer dereference"
 303                        " at virtual kernel address %p\n", (void *)address);
 304         else
 305                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel paging request"
 306                        " at virtual user address %p\n", (void *)address);
 307
 308         die("Oops", regs, error_code);
 309         do_exit(SIGKILL);
 310
 311
 312 /*
 313  * We ran out of memory, or some other thing happened to us that made
 314  * us unable to handle the page fault gracefully.
 315 */
 316 out_of_memory:
 317         up_read(&mm->mmap_sem);
 318         if (tsk->pid == 1) {
 319                 yield();
 320                 goto survive;
 321         }
 322         printk("VM: killing process %s\n", tsk->comm);
 323         if (regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE)
 324                 do_exit(SIGKILL);
 325         goto no_context;
 326
 327 do_sigbus:
 328         up_read(&mm->mmap_sem);
 329
 330         /*
 331          * Send a sigbus, regardless of whether we were in kernel
 332          * or user mode.
 333          */
 334         tsk->thread.prot_addr = address;
 335         tsk->thread.trap_no = error_code;
 336         force_sig(SIGBUS, tsk);
 337
 338         /* Kernel mode? Handle exceptions or die */
 339         if (!(regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE))
 340                 goto no_context;
 341 }
 342
 343 void do_protection_exception(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
 344 {
 345         regs->psw.addr -= (error_code >> 16);
 346         do_exception(regs, 4, 1);
 347 }
 348
 349 void do_dat_exception(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
 350 {
 351         do_exception(regs, error_code & 0xff, 0);
 352 }
 353
 354 #ifndef CONFIG_ARCH_S390X
 355
 356 typedef struct _pseudo_wait_t {
 357        struct _pseudo_wait_t *next;
 358        wait_queue_head_t queue;
 359        unsigned long address;
 360        int resolved;
 361 } pseudo_wait_t;
 362
 363 static pseudo_wait_t *pseudo_lock_queue = NULL;
 364 static spinlock_t pseudo_wait_spinlock; /* spinlock to protect lock queue */
 365
 366 /*
 367  * This routine handles 'pagex' pseudo page faults.
 368  */
 369 asmlinkage void
 370 do_pseudo_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
 371 {
 372         pseudo_wait_t wait_struct;
 373         pseudo_wait_t *ptr, *last, *next;
 374         unsigned long address;
 375
 376         /*
 377          * get the failing address
 378          * more specific the segment and page table portion of
 379          * the address
 380          */
 381         address = S390_lowcore.trans_exc_code & 0xfffff000;
 382
 383         if (address & 0x80000000) {
 384                 /* high bit set -> a page has been swapped in by VM */
 385                 address &= 0x7fffffff;
 386                 spin_lock(&pseudo_wait_spinlock);
 387                 last = NULL;
 388                 ptr = pseudo_lock_queue;
 389                 while (ptr != NULL) {
 390                         next = ptr->next;
 391                         if (address == ptr->address) {
 392                                  /*
 393                                  * This is one of the processes waiting
 394                                  * for the page. Unchain from the queue.
 395                                  * There can be more than one process
 396                                  * waiting for the same page. VM presents
 397                                  * an initial and a completion interrupt for
 398                                  * every process that tries to access a
 399                                  * page swapped out by VM.
 400                                  */
 401                                 if (last == NULL)
 402                                         pseudo_lock_queue = next;
 403                                 else
 404                                         last->next = next;
 405                                 /* now wake up the process */
 406                                 ptr->resolved = 1;
 407                                 wake_up(&ptr->queue);
 408                         } else
 409                                 last = ptr;
 410                         ptr = next;
 411                 }
 412                 spin_unlock(&pseudo_wait_spinlock);
 413         } else {
 414                 /* Pseudo page faults in kernel mode is a bad idea */
 415                 if (!(regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE)) {
 416                         /*
 417                          * VM presents pseudo page faults if the interrupted
 418                          * state was not disabled for interrupts. So we can
 419                          * get pseudo page fault interrupts while running
 420                          * in kernel mode. We simply access the page here
 421                          * while we are running disabled. VM will then swap
 422                          * in the page synchronously.
 423                          */
 424                          if (check_user_space(regs, error_code) == 0)
 425                                  /* dereference a virtual kernel address */
 426                                  __asm__ __volatile__ (
 427                                          "  ic 0,0(%0)"
 428                                          : : "a" (address) : "0");
 429                          else
 430                                  /* dereference a virtual user address */
 431                                  __asm__ __volatile__ (
 432                                          "  la   2,0(%0)\n"
 433                                          "  sacf 512\n"
 434                                          "  ic   2,0(2)\n"
 435                                          "0:sacf 0\n"
 436                                          ".section __ex_table,\"a\"\n"
 437                                          "  .align 4\n"
 438                                          "  .long  0b,0b\n"
 439                                          ".previous"
 440                                          : : "a" (address) : "2" );
 441
 442                         return;
 443                 }
 444                 /* initialize and add element to pseudo_lock_queue */
 445                 init_waitqueue_head (&wait_struct.queue);
 446                 wait_struct.address = address;
 447                 wait_struct.resolved = 0;
 448                 spin_lock(&pseudo_wait_spinlock);
 449                 wait_struct.next = pseudo_lock_queue;
 450                 pseudo_lock_queue = &wait_struct;
 451                 spin_unlock(&pseudo_wait_spinlock);
 452                 /*
 453                  * The instruction that caused the program check will
 454                  * be repeated. Don't signal single step via SIGTRAP.
 455                  */
 456                 clear_tsk_thread_flag(current, TIF_SINGLE_STEP);
 457                 /* go to sleep */
 458                 wait_event(wait_struct.queue, wait_struct.resolved);
 459         }
 460 }
 461 #endif /* CONFIG_ARCH_S390X */
 462
 463 #ifdef CONFIG_PFAULT
 464 /*
 465  * 'pfault' pseudo page faults routines.
 466  */
 467 static int pfault_disable = 0;
 468
 469 static int __init nopfault(char *str)
 470 {
 471         pfault_disable = 1;
 472         return 1;
 473 }
 474
 475 __setup("nopfault", nopfault);
 476
 477 typedef struct {
 478         __u16 refdiagc;
 479         __u16 reffcode;
 480         __u16 refdwlen;
 481         __u16 refversn;
 482         __u64 refgaddr;
 483         __u64 refselmk;
 484         __u64 refcmpmk;
 485         __u64 reserved;
 486 } __attribute__ ((packed)) pfault_refbk_t;
 487
 488 int pfault_init(void)
 489 {
 490         pfault_refbk_t refbk =
 491                 { 0x258, 0, 5, 2, __LC_CURRENT, 1ULL << 48, 1ULL << 48,
 492                   __PF_RES_FIELD };
 493         int rc;
 494
 495         if (pfault_disable)
 496                 return -1;
 497         __asm__ __volatile__(
 498                 "    diag  %1,%0,0x258\n"
 499                 "0:  j     2f\n"
 500                 "1:  la    %0,8\n"
 501                 "2:\n"
 502                 ".section __ex_table,\"a\"\n"
 503                 "   .align 4\n"
 504 #ifndef CONFIG_ARCH_S390X
 505                 "   .long  0b,1b\n"
 506 #else /* CONFIG_ARCH_S390X */
 507                 "   .quad  0b,1b\n"
 508 #endif /* CONFIG_ARCH_S390X */
 509                 ".previous"
 510                 : "=d" (rc) : "a" (&refbk) : "cc" );
 511         __ctl_set_bit(0, 9);
 512         return rc;
 513 }
 514
 515 void pfault_fini(void)
 516 {
 517         pfault_refbk_t refbk =
 518         { 0x258, 1, 5, 2, 0ULL, 0ULL, 0ULL, 0ULL };
 519
 520         if (pfault_disable)
 521                 return;
 522         __ctl_clear_bit(0,9);
 523         __asm__ __volatile__(
 524                 "    diag  %0,0,0x258\n"
 525                 "0:\n"
 526                 ".section __ex_table,\"a\"\n"
 527                 "   .align 4\n"
 528 #ifndef CONFIG_ARCH_S390X
 529                 "   .long  0b,0b\n"
 530 #else /* CONFIG_ARCH_S390X */
 531                 "   .quad  0b,0b\n"
 532 #endif /* CONFIG_ARCH_S390X */
 533                 ".previous"
 534                 : : "a" (&refbk) : "cc" );
 535 }
 536
 537 asmlinkage void
 538 pfault_interrupt(struct pt_regs *regs, __u16 error_code)
 539 {
 540         struct task_struct *tsk;
 541         __u16 subcode;
 542
 543         /*
 544          * Get the external interruption subcode & pfault
 545          * initial/completion signal bit. VM stores this
 546          * in the 'cpu address' field associated with the
 547          * external interrupt.
 548          */
 549         subcode = S390_lowcore.cpu_addr;
 550         if ((subcode & 0xff00) != __SUBCODE_MASK)
 551                 return;
 552
 553         /*
 554          * Get the token (= address of the task structure of the affected task).
 555          */
 556         tsk = *(struct task_struct **) __LC_PFAULT_INTPARM;
 557
 558         if (subcode & 0x0080) {
 559                 /* signal bit is set -> a page has been swapped in by VM */
 560                 if (xchg(&tsk->thread.pfault_wait, -1) != 0) {
 561                         /* Initial interrupt was faster than the completion
 562                          * interrupt. pfault_wait is valid. Set pfault_wait
 563                          * back to zero and wake up the process. This can
 564                          * safely be done because the task is still sleeping
 565                          * and can't procude new pfaults. */
 566                         tsk->thread.pfault_wait = 0;
 567                         wake_up_process(tsk);
 568                 }
 569         } else {
 570                 /* signal bit not set -> a real page is missing. */
 571                 set_task_state(tsk, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 572                 if (xchg(&tsk->thread.pfault_wait, 1) != 0) {
 573                         /* Completion interrupt was faster than the initial
 574                          * interrupt (swapped in a -1 for pfault_wait). Set
 575                          * pfault_wait back to zero and exit. This can be
 576                          * done safely because tsk is running in kernel
 577                          * mode and can't produce new pfaults. */
 578                         tsk->thread.pfault_wait = 0;
 579                         set_task_state(tsk, TASK_RUNNING);
 580                 } else
 581                         set_tsk_need_resched(tsk);
 582         }
 583 }
 584 #endif
 585