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 #include <linux/kprobes.h>
  25
  26 #include <asm/system.h>
  27 #include <asm/uaccess.h>
  28 #include <asm/desc.h>
  29 #include <asm/kdebug.h>
  30
  31 extern void die(const char *,struct pt_regs *,long);
  32
  33 static ATOMIC_NOTIFIER_HEAD(notify_page_fault_chain);
  34
  35 int register_page_fault_notifier(struct notifier_block *nb)
  36 {
  37         vmalloc_sync_all();
  38         return atomic_notifier_chain_register(&notify_page_fault_chain, nb);
  39 }
  40 EXPORT_SYMBOL_GPL(register_page_fault_notifier);
  41
  42 int unregister_page_fault_notifier(struct notifier_block *nb)
  43 {
  44         return atomic_notifier_chain_unregister(&notify_page_fault_chain, nb);
  45 }
  46 EXPORT_SYMBOL_GPL(unregister_page_fault_notifier);
  47
  48 static inline int notify_page_fault(enum die_val val, const char *str,
  49                         struct pt_regs *regs, long err, int trap, int sig)
  50 {
  51         struct die_args args = {
  52                 .regs = regs,
  53                 .str = str,
  54                 .err = err,
  55                 .trapnr = trap,
  56                 .signr = sig
  57         };
  58         return atomic_notifier_call_chain(&notify_page_fault_chain, val, &args);
  59 }
  60
  61 /*
  62  * Unlock any spinlocks which will prevent us from getting the
  63  * message out
  64  */
  65 void bust_spinlocks(int yes)
  66 {
  67         int loglevel_save = console_loglevel;
  68
  69         if (yes) {
  70                 oops_in_progress = 1;
  71                 return;
  72         }
  73 #ifdef CONFIG_VT
  74         unblank_screen();
  75 #endif
  76         oops_in_progress = 0;
  77         /*
  78          * OK, the message is on the console.  Now we call printk()
  79          * without oops_in_progress set so that printk will give klogd
  80          * a poke.  Hold onto your hats...
  81          */
  82         console_loglevel = 15;          /* NMI oopser may have shut the console up */
  83         printk(" ");
  84         console_loglevel = loglevel_save;
  85 }
  86
  87 /*
  88  * Return EIP plus the CS segment base.  The segment limit is also
  89  * adjusted, clamped to the kernel/user address space (whichever is
  90  * appropriate), and returned in *eip_limit.
  91  *
  92  * The segment is checked, because it might have been changed by another
  93  * task between the original faulting instruction and here.
  94  *
  95  * If CS is no longer a valid code segment, or if EIP is beyond the
  96  * limit, or if it is a kernel address when CS is not a kernel segment,
  97  * then the returned value will be greater than *eip_limit.
  98  *
  99  * This is slow, but is very rarely executed.
 100  */
 101 static inline unsigned long get_segment_eip(struct pt_regs *regs,
 102                                             unsigned long *eip_limit)
 103 {
 104         unsigned long eip = regs->eip;
 105         unsigned seg = regs->xcs & 0xffff;
 106         u32 seg_ar, seg_limit, base, *desc;
 107
 108         /* Unlikely, but must come before segment checks. */
 109         if (unlikely(regs->eflags & VM_MASK)) {
 110                 base = seg << 4;
 111                 *eip_limit = base + 0xffff;
 112                 return base + (eip & 0xffff);
 113         }
 114
 115         /* The standard kernel/user address space limit. */
 116         *eip_limit = (seg & 3) ? USER_DS.seg : KERNEL_DS.seg;
 117
 118         /* By far the most common cases. */
 119         if (likely(seg == __USER_CS || seg == __KERNEL_CS))
 120                 return eip;
 121
 122         /* Check the segment exists, is within the current LDT/GDT size,
 123            that kernel/user (ring 0..3) has the appropriate privilege,
 124            that it's a code segment, and get the limit. */
 125         __asm__ ("larl %3,%0; lsll %3,%1"
 126                  : "=&r" (seg_ar), "=r" (seg_limit) : "0" (0), "rm" (seg));
 127         if ((~seg_ar & 0x9800) || eip > seg_limit) {
 128                 *eip_limit = 0;
 129                 return 1;        /* So that returned eip > *eip_limit. */
 130         }
 131
 132         /* Get the GDT/LDT descriptor base.
 133            When you look for races in this code remember that
 134            LDT and other horrors are only used in user space. */
 135         if (seg & (1<<2)) {
 136                 /* Must lock the LDT while reading it. */
 137                 down(&current->mm->context.sem);
 138                 desc = current->mm->context.ldt;
 139                 desc = (void *)desc + (seg & ~7);
 140         } else {
 141                 /* Must disable preemption while reading the GDT. */
 142                 desc = (u32 *)get_cpu_gdt_table(get_cpu());
 143                 desc = (void *)desc + (seg & ~7);
 144         }
 145
 146         /* Decode the code segment base from the descriptor */
 147         base = get_desc_base((unsigned long *)desc);
 148
 149         if (seg & (1<<2)) {
 150                 up(&current->mm->context.sem);
 151         } else
 152                 put_cpu();
 153
 154         /* Adjust EIP and segment limit, and clamp at the kernel limit.
 155            It's legitimate for segments to wrap at 0xffffffff. */
 156         seg_limit += base;
 157         if (seg_limit < *eip_limit && seg_limit >= base)
 158                 *eip_limit = seg_limit;
 159         return eip + base;
 160 }
 161
 162 /*
 163  * Sometimes AMD Athlon/Opteron CPUs report invalid exceptions on prefetch.
 164  * Check that here and ignore it.
 165  */
 166 static int __is_prefetch(struct pt_regs *regs, unsigned long addr)
 167 {
 168         unsigned long limit;
 169         unsigned long instr = get_segment_eip (regs, &limit);
 170         int scan_more = 1;
 171         int prefetch = 0;
 172         int i;
 173
 174         for (i = 0; scan_more && i < 15; i++) {
 175                 unsigned char opcode;
 176                 unsigned char instr_hi;
 177                 unsigned char instr_lo;
 178
 179                 if (instr > limit)
 180                         break;
 181                 if (__get_user(opcode, (unsigned char __user *) instr))
 182                         break;
 183
 184                 instr_hi = opcode & 0xf0;
 185                 instr_lo = opcode & 0x0f;
 186                 instr++;
 187
 188                 switch (instr_hi) {
 189                 case 0x20:
 190                 case 0x30:
 191                         /* Values 0x26,0x2E,0x36,0x3E are valid x86 prefixes. */
 192                         scan_more = ((instr_lo & 7) == 0x6);
 193                         break;
 194
 195                 case 0x60:
 196                         /* 0x64 thru 0x67 are valid prefixes in all modes. */
 197                         scan_more = (instr_lo & 0xC) == 0x4;
 198                         break;
 199                 case 0xF0:
 200                         /* 0xF0, 0xF2, and 0xF3 are valid prefixes */
 201                         scan_more = !instr_lo || (instr_lo>>1) == 1;
 202                         break;
 203                 case 0x00:
 204                         /* Prefetch instruction is 0x0F0D or 0x0F18 */
 205                         scan_more = 0;
 206                         if (instr > limit)
 207                                 break;
 208                         if (__get_user(opcode, (unsigned char __user *) instr))
 209                                 break;
 210                         prefetch = (instr_lo == 0xF) &&
 211                                 (opcode == 0x0D || opcode == 0x18);
 212                         break;
 213                 default:
 214                         scan_more = 0;
 215                         break;
 216                 }
 217         }
 218         return prefetch;
 219 }
 220
 221 static inline int is_prefetch(struct pt_regs *regs, unsigned long addr,
 222                               unsigned long error_code)
 223 {
 224         if (unlikely(boot_cpu_data.x86_vendor == X86_VENDOR_AMD &&
 225                      boot_cpu_data.x86 >= 6)) {
 226                 /* Catch an obscure case of prefetch inside an NX page. */
 227                 if (nx_enabled && (error_code & 16))
 228                         return 0;
 229                 return __is_prefetch(regs, addr);
 230         }
 231         return 0;
 232 }
 233
 234 static noinline void force_sig_info_fault(int si_signo, int si_code,
 235         unsigned long address, struct task_struct *tsk)
 236 {
 237         siginfo_t info;
 238
 239         info.si_signo = si_signo;
 240         info.si_errno = 0;
 241         info.si_code = si_code;
 242         info.si_addr = (void __user *)address;
 243         force_sig_info(si_signo, &info, tsk);
 244 }
 245
 246 fastcall void do_invalid_op(struct pt_regs *, unsigned long);
 247
 248 static inline pmd_t *vmalloc_sync_one(pgd_t *pgd, unsigned long address)
 249 {
 250         unsigned index = pgd_index(address);
 251         pgd_t *pgd_k;
 252         pud_t *pud, *pud_k;
 253         pmd_t *pmd, *pmd_k;
 254
 255         pgd += index;
 256         pgd_k = init_mm.pgd + index;
 257
 258         if (!pgd_present(*pgd_k))
 259                 return NULL;
 260
 261         /*
 262          * set_pgd(pgd, *pgd_k); here would be useless on PAE
 263          * and redundant with the set_pmd() on non-PAE. As would
 264          * set_pud.
 265          */
 266
 267         pud = pud_offset(pgd, address);
 268         pud_k = pud_offset(pgd_k, address);
 269         if (!pud_present(*pud_k))
 270                 return NULL;
 271
 272         pmd = pmd_offset(pud, address);
 273         pmd_k = pmd_offset(pud_k, address);
 274         if (!pmd_present(*pmd_k))
 275                 return NULL;
 276         if (!pmd_present(*pmd))
 277                 set_pmd(pmd, *pmd_k);
 278         else
 279                 BUG_ON(pmd_page(*pmd) != pmd_page(*pmd_k));
 280         return pmd_k;
 281 }
 282
 283 /*
 284  * Handle a fault on the vmalloc or module mapping area
 285  *
 286  * This assumes no large pages in there.
 287  */
 288 static inline int vmalloc_fault(unsigned long address)
 289 {
 290         unsigned long pgd_paddr;
 291         pmd_t *pmd_k;
 292         pte_t *pte_k;
 293         /*
 294          * Synchronize this task's top level page-table
 295          * with the 'reference' page table.
 296          *
 297          * Do _not_ use "current" here. We might be inside
 298          * an interrupt in the middle of a task switch..
 299          */
 300         pgd_paddr = read_cr3();
 301         pmd_k = vmalloc_sync_one(__va(pgd_paddr), address);
 302         if (!pmd_k)
 303                 return -1;
 304         pte_k = pte_offset_kernel(pmd_k, address);
 305         if (!pte_present(*pte_k))
 306                 return -1;
 307         return 0;
 308 }
 309
 310 /*
 311  * This routine handles page faults.  It determines the address,
 312  * and the problem, and then passes it off to one of the appropriate
 313  * routines.
 314  *
 315  * error_code:
 316  *      bit 0 == 0 means no page found, 1 means protection fault
 317  *      bit 1 == 0 means read, 1 means write
 318  *      bit 2 == 0 means kernel, 1 means user-mode
 319  *      bit 3 == 1 means use of reserved bit detected
 320  *      bit 4 == 1 means fault was an instruction fetch
 321  */
 322 fastcall void __kprobes do_page_fault(struct pt_regs *regs,
 323                                       unsigned long error_code)
 324 {
 325         struct task_struct *tsk;
 326         struct mm_struct *mm;
 327         struct vm_area_struct * vma;
 328         unsigned long address;
 329         unsigned long page;
 330         int write, si_code;
 331
 332         /* get the address */
 333         address = read_cr2();
 334
 335         tsk = current;
 336
 337         si_code = SEGV_MAPERR;
 338
 339         /*
 340          * We fault-in kernel-space virtual memory on-demand. The
 341          * 'reference' page table is init_mm.pgd.
 342          *
 343          * NOTE! We MUST NOT take any locks for this case. We may
 344          * be in an interrupt or a critical region, and should
 345          * only copy the information from the master page table,
 346          * nothing more.
 347          *
 348          * This verifies that the fault happens in kernel space
 349          * (error_code & 4) == 0, and that the fault was not a
 350          * protection error (error_code & 9) == 0.
 351          */
 352         if (unlikely(address >= TASK_SIZE)) {
 353                 if (!(error_code & 0x0000000d) && vmalloc_fault(address) >= 0)
 354                         return;
 355                 if (notify_page_fault(DIE_PAGE_FAULT, "page fault", regs, error_code, 14,
 356                                                 SIGSEGV) == NOTIFY_STOP)
 357                         return;
 358                 /*
 359                  * Don't take the mm semaphore here. If we fixup a prefetch
 360                  * fault we could otherwise deadlock.
 361                  */
 362                 goto bad_area_nosemaphore;
 363         }
 364
 365         if (notify_page_fault(DIE_PAGE_FAULT, "page fault", regs, error_code, 14,
 366                                         SIGSEGV) == NOTIFY_STOP)
 367                 return;
 368
 369         /* It's safe to allow irq's after cr2 has been saved and the vmalloc
 370            fault has been handled. */
 371         if (regs->eflags & (X86_EFLAGS_IF|VM_MASK))
 372                 local_irq_enable();
 373
 374         mm = tsk->mm;
 375
 376         /*
 377          * If we're in an interrupt, have no user context or are running in an
 378          * atomic region then we must not take the fault..
 379          */
 380         if (in_atomic() || !mm)
 381                 goto bad_area_nosemaphore;
 382
 383         /* When running in the kernel we expect faults to occur only to
 384          * addresses in user space.  All other faults represent errors in the
 385          * kernel and should generate an OOPS.  Unfortunatly, in the case of an
 386          * erroneous fault occurring in a code path which already holds mmap_sem
 387          * we will deadlock attempting to validate the fault against the
 388          * address space.  Luckily the kernel only validly references user
 389          * space from well defined areas of code, which are listed in the
 390          * exceptions table.
 391          *
 392          * As the vast majority of faults will be valid we will only perform
 393          * the source reference check when there is a possibilty of a deadlock.
 394          * Attempt to lock the address space, if we cannot we then validate the
 395          * source.  If this is invalid we can skip the address space check,
 396          * thus avoiding the deadlock.
 397          */
 398         if (!down_read_trylock(&mm->mmap_sem)) {
 399                 if ((error_code & 4) == 0 &&
 400                     !search_exception_tables(regs->eip))
 401                         goto bad_area_nosemaphore;
 402                 down_read(&mm->mmap_sem);
 403         }
 404
 405         vma = find_vma(mm, address);
 406         if (!vma)
 407                 goto bad_area;
 408         if (vma->vm_start <= address)
 409                 goto good_area;
 410         if (!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN))
 411                 goto bad_area;
 412         if (error_code & 4) {
 413                 /*
 414                  * Accessing the stack below %esp is always a bug.
 415                  * The large cushion allows instructions like enter
 416                  * and pusha to work.  ("enter $65535,$31" pushes
 417                  * 32 pointers and then decrements %esp by 65535.)
 418                  */
 419                 if (address + 65536 + 32 * sizeof(unsigned long) < regs->esp)
 420                         goto bad_area;
 421         }
 422         if (expand_stack(vma, address))
 423                 goto bad_area;
 424 /*
 425  * Ok, we have a good vm_area for this memory access, so
 426  * we can handle it..
 427  */
 428 good_area:
 429         si_code = SEGV_ACCERR;
 430         write = 0;
 431         switch (error_code & 3) {
 432                 default:        /* 3: write, present */
 433 #ifdef TEST_VERIFY_AREA
 434                         if (regs->cs == KERNEL_CS)
 435                                 printk("WP fault at %08lx\n", regs->eip);
 436 #endif
 437                         /* fall through */
 438                 case 2:         /* write, not present */
 439                         if (!(vma->vm_flags & VM_WRITE))
 440                                 goto bad_area;
 441                         write++;
 442                         break;
 443                 case 1:         /* read, present */
 444                         goto bad_area;
 445                 case 0:         /* read, not present */
 446                         if (!(vma->vm_flags & (VM_READ | VM_EXEC)))
 447                                 goto bad_area;
 448         }
 449
 450  survive:
 451         /*
 452          * If for any reason at all we couldn't handle the fault,
 453          * make sure we exit gracefully rather than endlessly redo
 454          * the fault.
 455          */
 456         switch (handle_mm_fault(mm, vma, address, write)) {
 457                 case VM_FAULT_MINOR:
 458                         tsk->min_flt++;
 459                         break;
 460                 case VM_FAULT_MAJOR:
 461                         tsk->maj_flt++;
 462                         break;
 463                 case VM_FAULT_SIGBUS:
 464                         goto do_sigbus;
 465                 case VM_FAULT_OOM:
 466                         goto out_of_memory;
 467                 default:
 468                         BUG();
 469         }
 470
 471         /*
 472          * Did it hit the DOS screen memory VA from vm86 mode?
 473          */
 474         if (regs->eflags & VM_MASK) {
 475                 unsigned long bit = (address - 0xA0000) >> PAGE_SHIFT;
 476                 if (bit < 32)
 477                         tsk->thread.screen_bitmap |= 1 << bit;
 478         }
 479         up_read(&mm->mmap_sem);
 480         return;
 481
 482 /*
 483  * Something tried to access memory that isn't in our memory map..
 484  * Fix it, but check if it's kernel or user first..
 485  */
 486 bad_area:
 487         up_read(&mm->mmap_sem);
 488
 489 bad_area_nosemaphore:
 490         /* User mode accesses just cause a SIGSEGV */
 491         if (error_code & 4) {
 492                 /*
 493                  * Valid to do another page fault here because this one came
 494                  * from user space.
 495                  */
 496                 if (is_prefetch(regs, address, error_code))
 497                         return;
 498
 499                 tsk->thread.cr2 = address;
 500                 /* Kernel addresses are always protection faults */
 501                 tsk->thread.error_code = error_code | (address >= TASK_SIZE);
 502                 tsk->thread.trap_no = 14;
 503                 force_sig_info_fault(SIGSEGV, si_code, address, tsk);
 504                 return;
 505         }
 506
 507 #ifdef CONFIG_X86_F00F_BUG
 508         /*
 509          * Pentium F0 0F C7 C8 bug workaround.
 510          */
 511         if (boot_cpu_data.f00f_bug) {
 512                 unsigned long nr;
 513
 514                 nr = (address - idt_descr.address) >> 3;
 515
 516                 if (nr == 6) {
 517                         do_invalid_op(regs, 0);
 518                         return;
 519                 }
 520         }
 521 #endif
 522
 523 no_context:
 524         /* Are we prepared to handle this kernel fault?  */
 525         if (fixup_exception(regs))
 526                 return;
 527
 528         /*
 529          * Valid to do another page fault here, because if this fault
 530          * had been triggered by is_prefetch fixup_exception would have
 531          * handled it.
 532          */
 533         if (is_prefetch(regs, address, error_code))
 534                 return;
 535
 536 /*
 537  * Oops. The kernel tried to access some bad page. We'll have to
 538  * terminate things with extreme prejudice.
 539  */
 540
 541         bust_spinlocks(1);
 542
 543         if (oops_may_print()) {
 544         #ifdef CONFIG_X86_PAE
 545                 if (error_code & 16) {
 546                         pte_t *pte = lookup_address(address);
 547
 548                         if (pte && pte_present(*pte) && !pte_exec_kernel(*pte))
 549                                 printk(KERN_CRIT "kernel tried to execute "
 550                                         "NX-protected page - exploit attempt? "
 551                                         "(uid: %d)\n", current->uid);
 552                 }
 553         #endif
 554                 if (address < PAGE_SIZE)
 555                         printk(KERN_ALERT "BUG: unable to handle kernel NULL "
 556                                         "pointer dereference");
 557                 else
 558                         printk(KERN_ALERT "BUG: unable to handle kernel paging"
 559                                         " request");
 560                 printk(" at virtual address %08lx\n",address);
 561                 printk(KERN_ALERT " printing eip:\n");
 562                 printk("%08lx\n", regs->eip);
 563         }
 564         page = read_cr3();
 565         page = ((unsigned long *) __va(page))[address >> 22];
 566         if (oops_may_print())
 567                 printk(KERN_ALERT "*pde = %08lx\n", page);
 568         /*
 569          * We must not directly access the pte in the highpte
 570          * case, the page table might be allocated in highmem.
 571          * And lets rather not kmap-atomic the pte, just in case
 572          * it's allocated already.
 573          */
 574 #ifndef CONFIG_HIGHPTE
 575         if ((page & 1) && oops_may_print()) {
 576                 page &= PAGE_MASK;
 577                 address &= 0x003ff000;
 578                 page = ((unsigned long *) __va(page))[address >> PAGE_SHIFT];
 579                 printk(KERN_ALERT "*pte = %08lx\n", page);
 580         }
 581 #endif
 582         tsk->thread.cr2 = address;
 583         tsk->thread.trap_no = 14;
 584         tsk->thread.error_code = error_code;
 585         die("Oops", regs, error_code);
 586         bust_spinlocks(0);
 587         do_exit(SIGKILL);
 588
 589 /*
 590  * We ran out of memory, or some other thing happened to us that made
 591  * us unable to handle the page fault gracefully.
 592  */
 593 out_of_memory:
 594         up_read(&mm->mmap_sem);
 595         if (tsk->pid == 1) {
 596                 yield();
 597                 down_read(&mm->mmap_sem);
 598                 goto survive;
 599         }
 600         printk("VM: killing process %s\n", tsk->comm);
 601         if (error_code & 4)
 602                 do_exit(SIGKILL);
 603         goto no_context;
 604
 605 do_sigbus:
 606         up_read(&mm->mmap_sem);
 607
 608         /* Kernel mode? Handle exceptions or die */
 609         if (!(error_code & 4))
 610                 goto no_context;
 611
 612         /* User space => ok to do another page fault */
 613         if (is_prefetch(regs, address, error_code))
 614                 return;
 615
 616         tsk->thread.cr2 = address;
 617         tsk->thread.error_code = error_code;
 618         tsk->thread.trap_no = 14;
 619         force_sig_info_fault(SIGBUS, BUS_ADRERR, address, tsk);
 620 }
 621
 622 #ifndef CONFIG_X86_PAE
 623 void vmalloc_sync_all(void)
 624 {
 625         /*
 626          * Note that races in the updates of insync and start aren't
 627          * problematic: insync can only get set bits added, and updates to
 628          * start are only improving performance (without affecting correctness
 629          * if undone).
 630          */
 631         static DECLARE_BITMAP(insync, PTRS_PER_PGD);
 632         static unsigned long start = TASK_SIZE;
 633         unsigned long address;
 634
 635         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE & ~PGDIR_MASK);
 636         for (address = start; address >= TASK_SIZE; address += PGDIR_SIZE) {
 637                 if (!test_bit(pgd_index(address), insync)) {
 638                         unsigned long flags;
 639                         struct page *page;
 640
 641                         spin_lock_irqsave(&pgd_lock, flags);
 642                         for (page = pgd_list; page; page =
 643                                         (struct page *)page->index)
 644                                 if (!vmalloc_sync_one(page_address(page),
 645                                                                 address)) {
 646                                         BUG_ON(page != pgd_list);
 647                                         break;
 648                                 }
 649                         spin_unlock_irqrestore(&pgd_lock, flags);
 650                         if (!page)
 651                                 set_bit(pgd_index(address), insync);
 652                 }
 653                 if (address == start && test_bit(pgd_index(address), insync))
 654                         start = address + PGDIR_SIZE;
 655         }
 656 }
 657 #endif