arch/x86/kernel/process_64.c

   1 /*
   2  *  Copyright (C) 1995  Linus Torvalds
   3  *
   4  *  Pentium III FXSR, SSE support
   5  *      Gareth Hughes <gareth@valinux.com>, May 2000
   6  *
   7  *  X86-64 port
   8  *      Andi Kleen.
   9  *
  10  *      CPU hotplug support - ashok.raj@intel.com
  11  */
  12
  13 /*
  14  * This file handles the architecture-dependent parts of process handling..
  15  */
  16
  17 #include <linux/stackprotector.h>
  18 #include <linux/cpu.h>
  19 #include <linux/errno.h>
  20 #include <linux/sched.h>
  21 #include <linux/fs.h>
  22 #include <linux/kernel.h>
  23 #include <linux/mm.h>
  24 #include <linux/elfcore.h>
  25 #include <linux/smp.h>
  26 #include <linux/slab.h>
  27 #include <linux/user.h>
  28 #include <linux/interrupt.h>
  29 #include <linux/delay.h>
  30 #include <linux/module.h>
  31 #include <linux/ptrace.h>
  32 #include <linux/notifier.h>
  33 #include <linux/kprobes.h>
  34 #include <linux/kdebug.h>
  35 #include <linux/tick.h>
  36 #include <linux/prctl.h>
  37 #include <linux/uaccess.h>
  38 #include <linux/io.h>
  39 #include <linux/ftrace.h>
  40 #include <linux/cpuidle.h>
  41
  42 #include <asm/pgtable.h>
  43 #include <asm/system.h>
  44 #include <asm/processor.h>
  45 #include <asm/i387.h>
  46 #include <asm/mmu_context.h>
  47 #include <asm/prctl.h>
  48 #include <asm/desc.h>
  49 #include <asm/proto.h>
  50 #include <asm/ia32.h>
  51 #include <asm/idle.h>
  52 #include <asm/syscalls.h>
  53 #include <asm/debugreg.h>
  54 #include <asm/nmi.h>
  55
  56 asmlinkage extern void ret_from_fork(void);
  57
  58 DEFINE_PER_CPU(unsigned long, old_rsp);
  59 static DEFINE_PER_CPU(unsigned char, is_idle);
  60
  61 static ATOMIC_NOTIFIER_HEAD(idle_notifier);
  62
  63 void idle_notifier_register(struct notifier_block *n)
  64 {
  65         atomic_notifier_chain_register(&idle_notifier, n);
  66 }
  67 EXPORT_SYMBOL_GPL(idle_notifier_register);
  68
  69 void idle_notifier_unregister(struct notifier_block *n)
  70 {
  71         atomic_notifier_chain_unregister(&idle_notifier, n);
  72 }
  73 EXPORT_SYMBOL_GPL(idle_notifier_unregister);
  74
  75 void enter_idle(void)
  76 {
  77         percpu_write(is_idle, 1);
  78         atomic_notifier_call_chain(&idle_notifier, IDLE_START, NULL);
  79 }
  80
  81 static void __exit_idle(void)
  82 {
  83         if (x86_test_and_clear_bit_percpu(0, is_idle) == 0)
  84                 return;
  85         atomic_notifier_call_chain(&idle_notifier, IDLE_END, NULL);
  86 }
  87
  88 /* Called from interrupts to signify idle end */
  89 void exit_idle(void)
  90 {
  91         /* idle loop has pid 0 */
  92         if (current->pid)
  93                 return;
  94         __exit_idle();
  95 }
  96
  97 #ifndef CONFIG_SMP
  98 static inline void play_dead(void)
  99 {
 100         BUG();
 101 }
 102 #endif
 103
 104 /*
 105  * The idle thread. There's no useful work to be
 106  * done, so just try to conserve power and have a
 107  * low exit latency (ie sit in a loop waiting for
 108  * somebody to say that they'd like to reschedule)
 109  */
 110 void cpu_idle(void)
 111 {
 112         current_thread_info()->status |= TS_POLLING;
 113
 114         /*
 115          * If we're the non-boot CPU, nothing set the stack canary up
 116          * for us.  CPU0 already has it initialized but no harm in
 117          * doing it again.  This is a good place for updating it, as
 118          * we wont ever return from this function (so the invalid
 119          * canaries already on the stack wont ever trigger).
 120          */
 121         boot_init_stack_canary();
 122
 123         /* endless idle loop with no priority at all */
 124         while (1) {
 125                 tick_nohz_stop_sched_tick(1);
 126                 while (!need_resched()) {
 127
 128                         rmb();
 129
 130                         if (cpu_is_offline(smp_processor_id()))
 131                                 play_dead();
 132                         /*
 133                          * Idle routines should keep interrupts disabled
 134                          * from here on, until they go to idle.
 135                          * Otherwise, idle callbacks can misfire.
 136                          */
 137                         local_touch_nmi();
 138                         local_irq_disable();
 139                         enter_idle();
 140                         /* Don't trace irqs off for idle */
 141                         stop_critical_timings();
 142                         if (cpuidle_idle_call())
 143                                 pm_idle();
 144                         start_critical_timings();
 145
 146                         /* In many cases the interrupt that ended idle
 147                            has already called exit_idle. But some idle
 148                            loops can be woken up without interrupt. */
 149                         __exit_idle();
 150                 }
 151
 152                 tick_nohz_restart_sched_tick();
 153                 preempt_enable_no_resched();
 154                 schedule();
 155                 preempt_disable();
 156         }
 157 }
 158
 159 /* Prints also some state that isn't saved in the pt_regs */
 160 void __show_regs(struct pt_regs *regs, int all)
 161 {
 162         unsigned long cr0 = 0L, cr2 = 0L, cr3 = 0L, cr4 = 0L, fs, gs, shadowgs;
 163         unsigned long d0, d1, d2, d3, d6, d7;
 164         unsigned int fsindex, gsindex;
 165         unsigned int ds, cs, es;
 166
 167         show_regs_common();
 168         printk(KERN_DEFAULT "RIP: %04lx:[<%016lx>] ", regs->cs & 0xffff, regs->ip);
 169         printk_address(regs->ip, 1);
 170         printk(KERN_DEFAULT "RSP: %04lx:%016lx  EFLAGS: %08lx\n", regs->ss,
 171                         regs->sp, regs->flags);
 172         printk(KERN_DEFAULT "RAX: %016lx RBX: %016lx RCX: %016lx\n",
 173                regs->ax, regs->bx, regs->cx);
 174         printk(KERN_DEFAULT "RDX: %016lx RSI: %016lx RDI: %016lx\n",
 175                regs->dx, regs->si, regs->di);
 176         printk(KERN_DEFAULT "RBP: %016lx R08: %016lx R09: %016lx\n",
 177                regs->bp, regs->r8, regs->r9);
 178         printk(KERN_DEFAULT "R10: %016lx R11: %016lx R12: %016lx\n",
 179                regs->r10, regs->r11, regs->r12);
 180         printk(KERN_DEFAULT "R13: %016lx R14: %016lx R15: %016lx\n",
 181                regs->r13, regs->r14, regs->r15);
 182
 183         asm("movl %%ds,%0" : "=r" (ds));
 184         asm("movl %%cs,%0" : "=r" (cs));
 185         asm("movl %%es,%0" : "=r" (es));
 186         asm("movl %%fs,%0" : "=r" (fsindex));
 187         asm("movl %%gs,%0" : "=r" (gsindex));
 188
 189         rdmsrl(MSR_FS_BASE, fs);
 190         rdmsrl(MSR_GS_BASE, gs);
 191         rdmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, shadowgs);
 192
 193         if (!all)
 194                 return;
 195
 196         cr0 = read_cr0();
 197         cr2 = read_cr2();
 198         cr3 = read_cr3();
 199         cr4 = read_cr4();
 200
 201         printk(KERN_DEFAULT "FS:  %016lx(%04x) GS:%016lx(%04x) knlGS:%016lx\n",
 202                fs, fsindex, gs, gsindex, shadowgs);
 203         printk(KERN_DEFAULT "CS:  %04x DS: %04x ES: %04x CR0: %016lx\n", cs, ds,
 204                         es, cr0);
 205         printk(KERN_DEFAULT "CR2: %016lx CR3: %016lx CR4: %016lx\n", cr2, cr3,
 206                         cr4);
 207
 208         get_debugreg(d0, 0);
 209         get_debugreg(d1, 1);
 210         get_debugreg(d2, 2);
 211         printk(KERN_DEFAULT "DR0: %016lx DR1: %016lx DR2: %016lx\n", d0, d1, d2);
 212         get_debugreg(d3, 3);
 213         get_debugreg(d6, 6);
 214         get_debugreg(d7, 7);
 215         printk(KERN_DEFAULT "DR3: %016lx DR6: %016lx DR7: %016lx\n", d3, d6, d7);
 216 }
 217
 218 void release_thread(struct task_struct *dead_task)
 219 {
 220         if (dead_task->mm) {
 221                 if (dead_task->mm->context.size) {
 222                         printk("WARNING: dead process %8s still has LDT? <%p/%d>\n",
 223                                         dead_task->comm,
 224                                         dead_task->mm->context.ldt,
 225                                         dead_task->mm->context.size);
 226                         BUG();
 227                 }
 228         }
 229 }
 230
 231 static inline void set_32bit_tls(struct task_struct *t, int tls, u32 addr)
 232 {
 233         struct user_desc ud = {
 234                 .base_addr = addr,
 235                 .limit = 0xfffff,
 236                 .seg_32bit = 1,
 237                 .limit_in_pages = 1,
 238                 .useable = 1,
 239         };
 240         struct desc_struct *desc = t->thread.tls_array;
 241         desc += tls;
 242         fill_ldt(desc, &ud);
 243 }
 244
 245 static inline u32 read_32bit_tls(struct task_struct *t, int tls)
 246 {
 247         return get_desc_base(&t->thread.tls_array[tls]);
 248 }
 249
 250 /*
 251  * This gets called before we allocate a new thread and copy
 252  * the current task into it.
 253  */
 254 void prepare_to_copy(struct task_struct *tsk)
 255 {
 256         unlazy_fpu(tsk);
 257 }
 258
 259 int copy_thread(unsigned long clone_flags, unsigned long sp,
 260                 unsigned long unused,
 261         struct task_struct *p, struct pt_regs *regs)
 262 {
 263         int err;
 264         struct pt_regs *childregs;
 265         struct task_struct *me = current;
 266
 267         childregs = ((struct pt_regs *)
 268                         (THREAD_SIZE + task_stack_page(p))) - 1;
 269         *childregs = *regs;
 270
 271         childregs->ax = 0;
 272         if (user_mode(regs))
 273                 childregs->sp = sp;
 274         else
 275                 childregs->sp = (unsigned long)childregs;
 276
 277         p->thread.sp = (unsigned long) childregs;
 278         p->thread.sp0 = (unsigned long) (childregs+1);
 279         p->thread.usersp = me->thread.usersp;
 280
 281         set_tsk_thread_flag(p, TIF_FORK);
 282
 283         p->thread.io_bitmap_ptr = NULL;
 284
 285         savesegment(gs, p->thread.gsindex);
 286         p->thread.gs = p->thread.gsindex ? 0 : me->thread.gs;
 287         savesegment(fs, p->thread.fsindex);
 288         p->thread.fs = p->thread.fsindex ? 0 : me->thread.fs;
 289         savesegment(es, p->thread.es);
 290         savesegment(ds, p->thread.ds);
 291
 292         err = -ENOMEM;
 293         memset(p->thread.ptrace_bps, 0, sizeof(p->thread.ptrace_bps));
 294
 295         if (unlikely(test_tsk_thread_flag(me, TIF_IO_BITMAP))) {
 296                 p->thread.io_bitmap_ptr = kmalloc(IO_BITMAP_BYTES, GFP_KERNEL);
 297                 if (!p->thread.io_bitmap_ptr) {
 298                         p->thread.io_bitmap_max = 0;
 299                         return -ENOMEM;
 300                 }
 301                 memcpy(p->thread.io_bitmap_ptr, me->thread.io_bitmap_ptr,
 302                                 IO_BITMAP_BYTES);
 303                 set_tsk_thread_flag(p, TIF_IO_BITMAP);
 304         }
 305
 306         /*
 307          * Set a new TLS for the child thread?
 308          */
 309         if (clone_flags & CLONE_SETTLS) {
 310 #ifdef CONFIG_IA32_EMULATION
 311                 if (test_thread_flag(TIF_IA32))
 312                         err = do_set_thread_area(p, -1,
 313                                 (struct user_desc __user *)childregs->si, 0);
 314                 else
 315 #endif
 316                         err = do_arch_prctl(p, ARCH_SET_FS, childregs->r8);
 317                 if (err)
 318                         goto out;
 319         }
 320         err = 0;
 321 out:
 322         if (err && p->thread.io_bitmap_ptr) {
 323                 kfree(p->thread.io_bitmap_ptr);
 324                 p->thread.io_bitmap_max = 0;
 325         }
 326
 327         return err;
 328 }
 329
 330 static void
 331 start_thread_common(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip,
 332                     unsigned long new_sp,
 333                     unsigned int _cs, unsigned int _ss, unsigned int _ds)
 334 {
 335         loadsegment(fs, 0);
 336         loadsegment(es, _ds);
 337         loadsegment(ds, _ds);
 338         load_gs_index(0);
 339         regs->ip                = new_ip;
 340         regs->sp                = new_sp;
 341         percpu_write(old_rsp, new_sp);
 342         regs->cs                = _cs;
 343         regs->ss                = _ss;
 344         regs->flags             = X86_EFLAGS_IF;
 345         /*
 346          * Free the old FP and other extended state
 347          */
 348         free_thread_xstate(current);
 349 }
 350
 351 void
 352 start_thread(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip, unsigned long new_sp)
 353 {
 354         start_thread_common(regs, new_ip, new_sp,
 355                             __USER_CS, __USER_DS, 0);
 356 }
 357
 358 #ifdef CONFIG_IA32_EMULATION
 359 void start_thread_ia32(struct pt_regs *regs, u32 new_ip, u32 new_sp)
 360 {
 361         start_thread_common(regs, new_ip, new_sp,
 362                             __USER32_CS, __USER32_DS, __USER32_DS);
 363 }
 364 #endif
 365
 366 /*
 367  *      switch_to(x,y) should switch tasks from x to y.
 368  *
 369  * This could still be optimized:
 370  * - fold all the options into a flag word and test it with a single test.
 371  * - could test fs/gs bitsliced
 372  *
 373  * Kprobes not supported here. Set the probe on schedule instead.
 374  * Function graph tracer not supported too.
 375  */
 376 __notrace_funcgraph struct task_struct *
 377 __switch_to(struct task_struct *prev_p, struct task_struct *next_p)
 378 {
 379         struct thread_struct *prev = &prev_p->thread;
 380         struct thread_struct *next = &next_p->thread;
 381         int cpu = smp_processor_id();
 382         struct tss_struct *tss = &per_cpu(init_tss, cpu);
 383         unsigned fsindex, gsindex;
 384
 385         __unlazy_fpu(prev_p);
 386
 387         /*
 388          * Reload esp0, LDT and the page table pointer:
 389          */
 390         load_sp0(tss, next);
 391
 392         /*
 393          * Switch DS and ES.
 394          * This won't pick up thread selector changes, but I guess that is ok.
 395          */
 396         savesegment(es, prev->es);
 397         if (unlikely(next->es | prev->es))
 398                 loadsegment(es, next->es);
 399
 400         savesegment(ds, prev->ds);
 401         if (unlikely(next->ds | prev->ds))
 402                 loadsegment(ds, next->ds);
 403
 404
 405         /* We must save %fs and %gs before load_TLS() because
 406          * %fs and %gs may be cleared by load_TLS().
 407          *
 408          * (e.g. xen_load_tls())
 409          */
 410         savesegment(fs, fsindex);
 411         savesegment(gs, gsindex);
 412
 413         load_TLS(next, cpu);
 414
 415         /*
 416          * Leave lazy mode, flushing any hypercalls made here.
 417          * This must be done before restoring TLS segments so
 418          * the GDT and LDT are properly updated, and must be
 419          * done before math_state_restore, so the TS bit is up
 420          * to date.
 421          */
 422         arch_end_context_switch(next_p);
 423
 424         /*
 425          * Switch FS and GS.
 426          *
 427          * Segment register != 0 always requires a reload.  Also
 428          * reload when it has changed.  When prev process used 64bit
 429          * base always reload to avoid an information leak.
 430          */
 431         if (unlikely(fsindex | next->fsindex | prev->fs)) {
 432                 loadsegment(fs, next->fsindex);
 433                 /*
 434                  * Check if the user used a selector != 0; if yes
 435                  *  clear 64bit base, since overloaded base is always
 436                  *  mapped to the Null selector
 437                  */
 438                 if (fsindex)
 439                         prev->fs = 0;
 440         }
 441         /* when next process has a 64bit base use it */
 442         if (next->fs)
 443                 wrmsrl(MSR_FS_BASE, next->fs);
 444         prev->fsindex = fsindex;
 445
 446         if (unlikely(gsindex | next->gsindex | prev->gs)) {
 447                 load_gs_index(next->gsindex);
 448                 if (gsindex)
 449                         prev->gs = 0;
 450         }
 451         if (next->gs)
 452                 wrmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, next->gs);
 453         prev->gsindex = gsindex;
 454
 455         /*
 456          * Switch the PDA and FPU contexts.
 457          */
 458         prev->usersp = percpu_read(old_rsp);
 459         percpu_write(old_rsp, next->usersp);
 460         percpu_write(current_task, next_p);
 461
 462         percpu_write(kernel_stack,
 463                   (unsigned long)task_stack_page(next_p) +
 464                   THREAD_SIZE - KERNEL_STACK_OFFSET);
 465
 466         /*
 467          * Now maybe reload the debug registers and handle I/O bitmaps
 468          */
 469         if (unlikely(task_thread_info(next_p)->flags & _TIF_WORK_CTXSW_NEXT ||
 470                      task_thread_info(prev_p)->flags & _TIF_WORK_CTXSW_PREV))
 471                 __switch_to_xtra(prev_p, next_p, tss);
 472
 473         return prev_p;
 474 }
 475
 476 void set_personality_64bit(void)
 477 {
 478         /* inherit personality from parent */
 479
 480         /* Make sure to be in 64bit mode */
 481         clear_thread_flag(TIF_IA32);
 482
 483         /* Ensure the corresponding mm is not marked. */
 484         if (current->mm)
 485                 current->mm->context.ia32_compat = 0;
 486
 487         /* TBD: overwrites user setup. Should have two bits.
 488            But 64bit processes have always behaved this way,
 489            so it's not too bad. The main problem is just that
 490            32bit childs are affected again. */
 491         current->personality &= ~READ_IMPLIES_EXEC;
 492 }
 493
 494 void set_personality_ia32(void)
 495 {
 496         /* inherit personality from parent */
 497
 498         /* Make sure to be in 32bit mode */
 499         set_thread_flag(TIF_IA32);
 500         current->personality |= force_personality32;
 501
 502         /* Mark the associated mm as containing 32-bit tasks. */
 503         if (current->mm)
 504                 current->mm->context.ia32_compat = 1;
 505
 506         /* Prepare the first "return" to user space */
 507         current_thread_info()->status |= TS_COMPAT;
 508 }
 509
 510 unsigned long get_wchan(struct task_struct *p)
 511 {
 512         unsigned long stack;
 513         u64 fp, ip;
 514         int count = 0;
 515
 516         if (!p || p == current || p->state == TASK_RUNNING)
 517                 return 0;
 518         stack = (unsigned long)task_stack_page(p);
 519         if (p->thread.sp < stack || p->thread.sp >= stack+THREAD_SIZE)
 520                 return 0;
 521         fp = *(u64 *)(p->thread.sp);
 522         do {
 523                 if (fp < (unsigned long)stack ||
 524                     fp >= (unsigned long)stack+THREAD_SIZE)
 525                         return 0;
 526                 ip = *(u64 *)(fp+8);
 527                 if (!in_sched_functions(ip))
 528                         return ip;
 529                 fp = *(u64 *)fp;
 530         } while (count++ < 16);
 531         return 0;
 532 }
 533
 534 long do_arch_prctl(struct task_struct *task, int code, unsigned long addr)
 535 {
 536         int ret = 0;
 537         int doit = task == current;
 538         int cpu;
 539
 540         switch (code) {
 541         case ARCH_SET_GS:
 542                 if (addr >= TASK_SIZE_OF(task))
 543                         return -EPERM;
 544                 cpu = get_cpu();
 545                 /* handle small bases via the GDT because that's faster to
 546                    switch. */
 547                 if (addr <= 0xffffffff) {
 548                         set_32bit_tls(task, GS_TLS, addr);
 549                         if (doit) {
 550                                 load_TLS(&task->thread, cpu);
 551                                 load_gs_index(GS_TLS_SEL);
 552                         }
 553                         task->thread.gsindex = GS_TLS_SEL;
 554                         task->thread.gs = 0;
 555                 } else {
 556                         task->thread.gsindex = 0;
 557                         task->thread.gs = addr;
 558                         if (doit) {
 559                                 load_gs_index(0);
 560                                 ret = checking_wrmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, addr);
 561                         }
 562                 }
 563                 put_cpu();
 564                 break;
 565         case ARCH_SET_FS:
 566                 /* Not strictly needed for fs, but do it for symmetry
 567                    with gs */
 568                 if (addr >= TASK_SIZE_OF(task))
 569                         return -EPERM;
 570                 cpu = get_cpu();
 571                 /* handle small bases via the GDT because that's faster to
 572                    switch. */
 573                 if (addr <= 0xffffffff) {
 574                         set_32bit_tls(task, FS_TLS, addr);
 575                         if (doit) {
 576                                 load_TLS(&task->thread, cpu);
 577                                 loadsegment(fs, FS_TLS_SEL);
 578                         }
 579                         task->thread.fsindex = FS_TLS_SEL;
 580                         task->thread.fs = 0;
 581                 } else {
 582                         task->thread.fsindex = 0;
 583                         task->thread.fs = addr;
 584                         if (doit) {
 585                                 /* set the selector to 0 to not confuse
 586                                    __switch_to */
 587                                 loadsegment(fs, 0);
 588                                 ret = checking_wrmsrl(MSR_FS_BASE, addr);
 589                         }
 590                 }
 591                 put_cpu();
 592                 break;
 593         case ARCH_GET_FS: {
 594                 unsigned long base;
 595                 if (task->thread.fsindex == FS_TLS_SEL)
 596                         base = read_32bit_tls(task, FS_TLS);
 597                 else if (doit)
 598                         rdmsrl(MSR_FS_BASE, base);
 599                 else
 600                         base = task->thread.fs;
 601                 ret = put_user(base, (unsigned long __user *)addr);
 602                 break;
 603         }
 604         case ARCH_GET_GS: {
 605                 unsigned long base;
 606                 unsigned gsindex;
 607                 if (task->thread.gsindex == GS_TLS_SEL)
 608                         base = read_32bit_tls(task, GS_TLS);
 609                 else if (doit) {
 610                         savesegment(gs, gsindex);
 611                         if (gsindex)
 612                                 rdmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, base);
 613                         else
 614                                 base = task->thread.gs;
 615                 } else
 616                         base = task->thread.gs;
 617                 ret = put_user(base, (unsigned long __user *)addr);
 618                 break;
 619         }
 620
 621         default:
 622                 ret = -EINVAL;
 623                 break;
 624         }
 625
 626         return ret;
 627 }
 628
 629 long sys_arch_prctl(int code, unsigned long addr)
 630 {
 631         return do_arch_prctl(current, code, addr);
 632 }
 633
 634 unsigned long KSTK_ESP(struct task_struct *task)
 635 {
 636         return (test_tsk_thread_flag(task, TIF_IA32)) ?
 637                         (task_pt_regs(task)->sp) : ((task)->thread.usersp);
 638 }