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/signal.h>
  14 #include <linux/sched.h>
  15 #include <linux/kernel.h>
  16 #include <linux/errno.h>
  17 #include <linux/string.h>
  18 #include <linux/types.h>
  19 #include <linux/ptrace.h>
  20 #include <linux/mman.h>
  21 #include <linux/mm.h>
  22 #include <linux/smp.h>
  23 #include <linux/smp_lock.h>
  24 #include <linux/init.h>
  25 #include <linux/console.h>
  26 #include <linux/module.h>
  27 #include <linux/hardirq.h>
  28 #include <linux/kprobes.h>
  29
  30 #include <asm/system.h>
  31 #include <asm/uaccess.h>
  32 #include <asm/pgtable.h>
  33 #include <asm/kdebug.h>
  34 #include <asm/s390_ext.h>
  35
  36 #ifndef CONFIG_64BIT
  37 #define __FAIL_ADDR_MASK 0x7ffff000
  38 #define __FIXUP_MASK 0x7fffffff
  39 #define __SUBCODE_MASK 0x0200
  40 #define __PF_RES_FIELD 0ULL
  41 #else /* CONFIG_64BIT */
  42 #define __FAIL_ADDR_MASK -4096L
  43 #define __FIXUP_MASK ~0L
  44 #define __SUBCODE_MASK 0x0600
  45 #define __PF_RES_FIELD 0x8000000000000000ULL
  46 #endif /* CONFIG_64BIT */
  47
  48 #ifdef CONFIG_SYSCTL
  49 extern int sysctl_userprocess_debug;
  50 #endif
  51
  52 extern void die(const char *,struct pt_regs *,long);
  53
  54 #ifdef CONFIG_KPROBES
  55 static ATOMIC_NOTIFIER_HEAD(notify_page_fault_chain);
  56 int register_page_fault_notifier(struct notifier_block *nb)
  57 {
  58         return atomic_notifier_chain_register(&notify_page_fault_chain, nb);
  59 }
  60
  61 int unregister_page_fault_notifier(struct notifier_block *nb)
  62 {
  63         return atomic_notifier_chain_unregister(&notify_page_fault_chain, nb);
  64 }
  65
  66 static int __kprobes __notify_page_fault(struct pt_regs *regs, long err)
  67 {
  68         struct die_args args = { .str = "page fault",
  69                                  .trapnr = 14,
  70                                  .signr = SIGSEGV };
  71         args.regs = regs;
  72         args.err = err;
  73         return atomic_notifier_call_chain(&notify_page_fault_chain,
  74                                           DIE_PAGE_FAULT, &args);
  75 }
  76
  77 static inline int notify_page_fault(struct pt_regs *regs, long err)
  78 {
  79         if (unlikely(kprobe_running()))
  80                 return __notify_page_fault(regs, err);
  81         return NOTIFY_DONE;
  82 }
  83 #else
  84 static inline int notify_page_fault(struct pt_regs *regs, long err)
  85 {
  86         return NOTIFY_DONE;
  87 }
  88 #endif
  89
  90
  91 /*
  92  * Unlock any spinlocks which will prevent us from getting the
  93  * message out.
  94  */
  95 void bust_spinlocks(int yes)
  96 {
  97         if (yes) {
  98                 oops_in_progress = 1;
  99         } else {
 100                 int loglevel_save = console_loglevel;
 101                 console_unblank();
 102                 oops_in_progress = 0;
 103                 /*
 104                  * OK, the message is on the console.  Now we call printk()
 105                  * without oops_in_progress set so that printk will give klogd
 106                  * a poke.  Hold onto your hats...
 107                  */
 108                 console_loglevel = 15;
 109                 printk(" ");
 110                 console_loglevel = loglevel_save;
 111         }
 112 }
 113
 114 /*
 115  * Returns the address space associated with the fault.
 116  * Returns 0 for kernel space, 1 for user space and
 117  * 2 for code execution in user space with noexec=on.
 118  */
 119 static inline int check_space(struct task_struct *tsk)
 120 {
 121         /*
 122          * The lowest two bits of S390_lowcore.trans_exc_code
 123          * indicate which paging table was used.
 124          */
 125         int desc = S390_lowcore.trans_exc_code & 3;
 126
 127         if (desc == 3)  /* Home Segment Table Descriptor */
 128                 return switch_amode == 0;
 129         if (desc == 2)  /* Secondary Segment Table Descriptor */
 130                 return tsk->thread.mm_segment.ar4;
 131 #ifdef CONFIG_S390_SWITCH_AMODE
 132         if (unlikely(desc == 1)) { /* STD determined via access register */
 133                 /* %a0 always indicates primary space. */
 134                 if (S390_lowcore.exc_access_id != 0) {
 135                         save_access_regs(tsk->thread.acrs);
 136                         /*
 137                          * An alet of 0 indicates primary space.
 138                          * An alet of 1 indicates secondary space.
 139                          * Any other alet values generate an
 140                          * alen-translation exception.
 141                          */
 142                         if (tsk->thread.acrs[S390_lowcore.exc_access_id])
 143                                 return tsk->thread.mm_segment.ar4;
 144                 }
 145         }
 146 #endif
 147         /* Primary Segment Table Descriptor */
 148         return switch_amode << s390_noexec;
 149 }
 150
 151 /*
 152  * Send SIGSEGV to task.  This is an external routine
 153  * to keep the stack usage of do_page_fault small.
 154  */
 155 static void do_sigsegv(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code,
 156                        int si_code, unsigned long address)
 157 {
 158         struct siginfo si;
 159
 160 #if defined(CONFIG_SYSCTL) || defined(CONFIG_PROCESS_DEBUG)
 161 #if defined(CONFIG_SYSCTL)
 162         if (sysctl_userprocess_debug)
 163 #endif
 164         {
 165                 printk("User process fault: interruption code 0x%lX\n",
 166                        error_code);
 167                 printk("failing address: %lX\n", address);
 168                 show_regs(regs);
 169         }
 170 #endif
 171         si.si_signo = SIGSEGV;
 172         si.si_code = si_code;
 173         si.si_addr = (void __user *) address;
 174         force_sig_info(SIGSEGV, &si, current);
 175 }
 176
 177 static void do_no_context(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code,
 178                           unsigned long address)
 179 {
 180         const struct exception_table_entry *fixup;
 181
 182         /* Are we prepared to handle this kernel fault?  */
 183         fixup = search_exception_tables(regs->psw.addr & __FIXUP_MASK);
 184         if (fixup) {
 185                 regs->psw.addr = fixup->fixup | PSW_ADDR_AMODE;
 186                 return;
 187         }
 188
 189         /*
 190          * Oops. The kernel tried to access some bad page. We'll have to
 191          * terminate things with extreme prejudice.
 192          */
 193         if (check_space(current) == 0)
 194                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel pointer dereference"
 195                        " at virtual kernel address %p\n", (void *)address);
 196         else
 197                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel paging request"
 198                        " at virtual user address %p\n", (void *)address);
 199
 200         die("Oops", regs, error_code);
 201         do_exit(SIGKILL);
 202 }
 203
 204 static void do_low_address(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
 205 {
 206         /* Low-address protection hit in kernel mode means
 207            NULL pointer write access in kernel mode.  */
 208         if (regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE) {
 209                 /* Low-address protection hit in user mode 'cannot happen'. */
 210                 die ("Low-address protection", regs, error_code);
 211                 do_exit(SIGKILL);
 212         }
 213
 214         do_no_context(regs, error_code, 0);
 215 }
 216
 217 /*
 218  * We ran out of memory, or some other thing happened to us that made
 219  * us unable to handle the page fault gracefully.
 220  */
 221 static int do_out_of_memory(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code,
 222                             unsigned long address)
 223 {
 224         struct task_struct *tsk = current;
 225         struct mm_struct *mm = tsk->mm;
 226
 227         up_read(&mm->mmap_sem);
 228         if (is_init(tsk)) {
 229                 yield();
 230                 down_read(&mm->mmap_sem);
 231                 return 1;
 232         }
 233         printk("VM: killing process %s\n", tsk->comm);
 234         if (regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE)
 235                 do_exit(SIGKILL);
 236         do_no_context(regs, error_code, address);
 237         return 0;
 238 }
 239
 240 static void do_sigbus(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code,
 241                       unsigned long address)
 242 {
 243         struct task_struct *tsk = current;
 244         struct mm_struct *mm = tsk->mm;
 245
 246         up_read(&mm->mmap_sem);
 247         /*
 248          * Send a sigbus, regardless of whether we were in kernel
 249          * or user mode.
 250          */
 251         tsk->thread.prot_addr = address;
 252         tsk->thread.trap_no = error_code;
 253         force_sig(SIGBUS, tsk);
 254
 255         /* Kernel mode? Handle exceptions or die */
 256         if (!(regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE))
 257                 do_no_context(regs, error_code, address);
 258 }
 259
 260 #ifdef CONFIG_S390_EXEC_PROTECT
 261 extern long sys_sigreturn(struct pt_regs *regs);
 262 extern long sys_rt_sigreturn(struct pt_regs *regs);
 263 extern long sys32_sigreturn(struct pt_regs *regs);
 264 extern long sys32_rt_sigreturn(struct pt_regs *regs);
 265
 266 static inline void do_sigreturn(struct mm_struct *mm, struct pt_regs *regs,
 267                                 int rt)
 268 {
 269         up_read(&mm->mmap_sem);
 270         clear_tsk_thread_flag(current, TIF_SINGLE_STEP);
 271 #ifdef CONFIG_COMPAT
 272         if (test_tsk_thread_flag(current, TIF_31BIT)) {
 273                 if (rt)
 274                         sys32_rt_sigreturn(regs);
 275                 else
 276                         sys32_sigreturn(regs);
 277                 return;
 278         }
 279 #endif /* CONFIG_COMPAT */
 280         if (rt)
 281                 sys_rt_sigreturn(regs);
 282         else
 283                 sys_sigreturn(regs);
 284         return;
 285 }
 286
 287 static int signal_return(struct mm_struct *mm, struct pt_regs *regs,
 288                          unsigned long address, unsigned long error_code)
 289 {
 290         pgd_t *pgd;
 291         pmd_t *pmd;
 292         pte_t *pte;
 293         u16 *instruction;
 294         unsigned long pfn, uaddr = regs->psw.addr;
 295
 296         spin_lock(&mm->page_table_lock);
 297         pgd = pgd_offset(mm, uaddr);
 298         if (pgd_none(*pgd) || unlikely(pgd_bad(*pgd)))
 299                 goto out_fault;
 300         pmd = pmd_offset(pgd, uaddr);
 301         if (pmd_none(*pmd) || unlikely(pmd_bad(*pmd)))
 302                 goto out_fault;
 303         pte = pte_offset_map(pmd_offset(pgd_offset(mm, uaddr), uaddr), uaddr);
 304         if (!pte || !pte_present(*pte))
 305                 goto out_fault;
 306         pfn = pte_pfn(*pte);
 307         if (!pfn_valid(pfn))
 308                 goto out_fault;
 309         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
 310
 311         instruction = (u16 *) ((pfn << PAGE_SHIFT) + (uaddr & (PAGE_SIZE-1)));
 312         if (*instruction == 0x0a77)
 313                 do_sigreturn(mm, regs, 0);
 314         else if (*instruction == 0x0aad)
 315                 do_sigreturn(mm, regs, 1);
 316         else {
 317                 printk("- XXX - do_exception: task = %s, primary, NO EXEC "
 318                        "-> SIGSEGV\n", current->comm);
 319                 up_read(&mm->mmap_sem);
 320                 current->thread.prot_addr = address;
 321                 current->thread.trap_no = error_code;
 322                 do_sigsegv(regs, error_code, SEGV_MAPERR, address);
 323         }
 324         return 0;
 325 out_fault:
 326         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
 327         return -EFAULT;
 328 }
 329 #endif /* CONFIG_S390_EXEC_PROTECT */
 330
 331 /*
 332  * This routine handles page faults.  It determines the address,
 333  * and the problem, and then passes it off to one of the appropriate
 334  * routines.
 335  *
 336  * error_code:
 337  *   04       Protection           ->  Write-Protection  (suprression)
 338  *   10       Segment translation  ->  Not present       (nullification)
 339  *   11       Page translation     ->  Not present       (nullification)
 340  *   3b       Region third trans.  ->  Not present       (nullification)
 341  */
 342 static inline void
 343 do_exception(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code, int write)
 344 {
 345         struct task_struct *tsk;
 346         struct mm_struct *mm;
 347         struct vm_area_struct *vma;
 348         unsigned long address;
 349         int space;
 350         int si_code;
 351
 352         if (notify_page_fault(regs, error_code) == NOTIFY_STOP)
 353                 return;
 354
 355         tsk = current;
 356         mm = tsk->mm;
 357
 358         /* get the failing address and the affected space */
 359         address = S390_lowcore.trans_exc_code & __FAIL_ADDR_MASK;
 360         space = check_space(tsk);
 361
 362         /*
 363          * Verify that the fault happened in user space, that
 364          * we are not in an interrupt and that there is a
 365          * user context.
 366          */
 367         if (unlikely(space == 0 || in_atomic() || !mm))
 368                 goto no_context;
 369
 370         /*
 371          * When we get here, the fault happened in the current
 372          * task's user address space, so we can switch on the
 373          * interrupts again and then search the VMAs
 374          */
 375         local_irq_enable();
 376
 377         down_read(&mm->mmap_sem);
 378
 379         si_code = SEGV_MAPERR;
 380         vma = find_vma(mm, address);
 381         if (!vma)
 382                 goto bad_area;
 383
 384 #ifdef CONFIG_S390_EXEC_PROTECT
 385         if (unlikely((space == 2) && !(vma->vm_flags & VM_EXEC)))
 386                 if (!signal_return(mm, regs, address, error_code))
 387                         /*
 388                          * signal_return() has done an up_read(&mm->mmap_sem)
 389                          * if it returns 0.
 390                          */
 391                         return;
 392 #endif
 393
 394         if (vma->vm_start <= address)
 395                 goto good_area;
 396         if (!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN))
 397                 goto bad_area;
 398         if (expand_stack(vma, address))
 399                 goto bad_area;
 400 /*
 401  * Ok, we have a good vm_area for this memory access, so
 402  * we can handle it..
 403  */
 404 good_area:
 405         si_code = SEGV_ACCERR;
 406         if (!write) {
 407                 /* page not present, check vm flags */
 408                 if (!(vma->vm_flags & (VM_READ | VM_EXEC | VM_WRITE)))
 409                         goto bad_area;
 410         } else {
 411                 if (!(vma->vm_flags & VM_WRITE))
 412                         goto bad_area;
 413         }
 414
 415 survive:
 416         /*
 417          * If for any reason at all we couldn't handle the fault,
 418          * make sure we exit gracefully rather than endlessly redo
 419          * the fault.
 420          */
 421         switch (handle_mm_fault(mm, vma, address, write)) {
 422         case VM_FAULT_MINOR:
 423                 tsk->min_flt++;
 424                 break;
 425         case VM_FAULT_MAJOR:
 426                 tsk->maj_flt++;
 427                 break;
 428         case VM_FAULT_SIGBUS:
 429                 do_sigbus(regs, error_code, address);
 430                 return;
 431         case VM_FAULT_OOM:
 432                 if (do_out_of_memory(regs, error_code, address))
 433                         goto survive;
 434                 return;
 435         default:
 436                 BUG();
 437         }
 438
 439         up_read(&mm->mmap_sem);
 440         /*
 441          * The instruction that caused the program check will
 442          * be repeated. Don't signal single step via SIGTRAP.
 443          */
 444         clear_tsk_thread_flag(tsk, TIF_SINGLE_STEP);
 445         return;
 446
 447 /*
 448  * Something tried to access memory that isn't in our memory map..
 449  * Fix it, but check if it's kernel or user first..
 450  */
 451 bad_area:
 452         up_read(&mm->mmap_sem);
 453
 454         /* User mode accesses just cause a SIGSEGV */
 455         if (regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE) {
 456                 tsk->thread.prot_addr = address;
 457                 tsk->thread.trap_no = error_code;
 458                 do_sigsegv(regs, error_code, si_code, address);
 459                 return;
 460         }
 461
 462 no_context:
 463         do_no_context(regs, error_code, address);
 464 }
 465
 466 void __kprobes do_protection_exception(struct pt_regs *regs,
 467                                        unsigned long error_code)
 468 {
 469         /* Protection exception is supressing, decrement psw address. */
 470         regs->psw.addr -= (error_code >> 16);
 471         /*
 472          * Check for low-address protection.  This needs to be treated
 473          * as a special case because the translation exception code
 474          * field is not guaranteed to contain valid data in this case.
 475          */
 476         if (unlikely(!(S390_lowcore.trans_exc_code & 4))) {
 477                 do_low_address(regs, error_code);
 478                 return;
 479         }
 480         do_exception(regs, 4, 1);
 481 }
 482
 483 void __kprobes do_dat_exception(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
 484 {
 485         do_exception(regs, error_code & 0xff, 0);
 486 }
 487
 488 #ifdef CONFIG_PFAULT
 489 /*
 490  * 'pfault' pseudo page faults routines.
 491  */
 492 static ext_int_info_t ext_int_pfault;
 493 static int pfault_disable = 0;
 494
 495 static int __init nopfault(char *str)
 496 {
 497         pfault_disable = 1;
 498         return 1;
 499 }
 500
 501 __setup("nopfault", nopfault);
 502
 503 typedef struct {
 504         __u16 refdiagc;
 505         __u16 reffcode;
 506         __u16 refdwlen;
 507         __u16 refversn;
 508         __u64 refgaddr;
 509         __u64 refselmk;
 510         __u64 refcmpmk;
 511         __u64 reserved;
 512 } __attribute__ ((packed)) pfault_refbk_t;
 513
 514 int pfault_init(void)
 515 {
 516         pfault_refbk_t refbk =
 517                 { 0x258, 0, 5, 2, __LC_CURRENT, 1ULL << 48, 1ULL << 48,
 518                   __PF_RES_FIELD };
 519         int rc;
 520
 521         if (!MACHINE_IS_VM || pfault_disable)
 522                 return -1;
 523         asm volatile(
 524                 "       diag    %1,%0,0x258\n"
 525                 "0:     j       2f\n"
 526                 "1:     la      %0,8\n"
 527                 "2:\n"
 528                 EX_TABLE(0b,1b)
 529                 : "=d" (rc) : "a" (&refbk), "m" (refbk) : "cc");
 530         __ctl_set_bit(0, 9);
 531         return rc;
 532 }
 533
 534 void pfault_fini(void)
 535 {
 536         pfault_refbk_t refbk =
 537         { 0x258, 1, 5, 2, 0ULL, 0ULL, 0ULL, 0ULL };
 538
 539         if (!MACHINE_IS_VM || pfault_disable)
 540                 return;
 541         __ctl_clear_bit(0,9);
 542         asm volatile(
 543                 "       diag    %0,0,0x258\n"
 544                 "0:\n"
 545                 EX_TABLE(0b,0b)
 546                 : : "a" (&refbk), "m" (refbk) : "cc");
 547 }
 548
 549 static void pfault_interrupt(__u16 error_code)
 550 {
 551         struct task_struct *tsk;
 552         __u16 subcode;
 553
 554         /*
 555          * Get the external interruption subcode & pfault
 556          * initial/completion signal bit. VM stores this
 557          * in the 'cpu address' field associated with the
 558          * external interrupt.
 559          */
 560         subcode = S390_lowcore.cpu_addr;
 561         if ((subcode & 0xff00) != __SUBCODE_MASK)
 562                 return;
 563
 564         /*
 565          * Get the token (= address of the task structure of the affected task).
 566          */
 567         tsk = *(struct task_struct **) __LC_PFAULT_INTPARM;
 568
 569         if (subcode & 0x0080) {
 570                 /* signal bit is set -> a page has been swapped in by VM */
 571                 if (xchg(&tsk->thread.pfault_wait, -1) != 0) {
 572                         /* Initial interrupt was faster than the completion
 573                          * interrupt. pfault_wait is valid. Set pfault_wait
 574                          * back to zero and wake up the process. This can
 575                          * safely be done because the task is still sleeping
 576                          * and can't produce new pfaults. */
 577                         tsk->thread.pfault_wait = 0;
 578                         wake_up_process(tsk);
 579                         put_task_struct(tsk);
 580                 }
 581         } else {
 582                 /* signal bit not set -> a real page is missing. */
 583                 get_task_struct(tsk);
 584                 set_task_state(tsk, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 585                 if (xchg(&tsk->thread.pfault_wait, 1) != 0) {
 586                         /* Completion interrupt was faster than the initial
 587                          * interrupt (swapped in a -1 for pfault_wait). Set
 588                          * pfault_wait back to zero and exit. This can be
 589                          * done safely because tsk is running in kernel
 590                          * mode and can't produce new pfaults. */
 591                         tsk->thread.pfault_wait = 0;
 592                         set_task_state(tsk, TASK_RUNNING);
 593                         put_task_struct(tsk);
 594                 } else
 595                         set_tsk_need_resched(tsk);
 596         }
 597 }
 598
 599 void __init pfault_irq_init(void)
 600 {
 601         if (!MACHINE_IS_VM)
 602                 return;
 603
 604         /*
 605          * Try to get pfault pseudo page faults going.
 606          */
 607         if (register_early_external_interrupt(0x2603, pfault_interrupt,
 608                                               &ext_int_pfault) != 0)
 609                 panic("Couldn't request external interrupt 0x2603");
 610
 611         if (pfault_init() == 0)
 612                 return;
 613
 614         /* Tough luck, no pfault. */
 615         pfault_disable = 1;
 616         unregister_early_external_interrupt(0x2603, pfault_interrupt,
 617                                             &ext_int_pfault);
 618 }
 619 #endif