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_idle_enter();
 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
 143                         /* enter_idle() needs rcu for notifiers */
 144                         rcu_idle_enter();
 145
 146                         if (cpuidle_idle_call())
 147                                 pm_idle();
 148
 149                         rcu_idle_exit();
 150                         start_critical_timings();
 151
 152                         /* In many cases the interrupt that ended idle
 153                            has already called exit_idle. But some idle
 154                            loops can be woken up without interrupt. */
 155                         __exit_idle();
 156                 }
 157
 158                 tick_nohz_idle_exit();
 159                 schedule_preempt_disabled();
 160         }
 161 }
 162
 163 /* Prints also some state that isn't saved in the pt_regs */
 164 void __show_regs(struct pt_regs *regs, int all)
 165 {
 166         unsigned long cr0 = 0L, cr2 = 0L, cr3 = 0L, cr4 = 0L, fs, gs, shadowgs;
 167         unsigned long d0, d1, d2, d3, d6, d7;
 168         unsigned int fsindex, gsindex;
 169         unsigned int ds, cs, es;
 170
 171         show_regs_common();
 172         printk(KERN_DEFAULT "RIP: %04lx:[<%016lx>] ", regs->cs & 0xffff, regs->ip);
 173         printk_address(regs->ip, 1);
 174         printk(KERN_DEFAULT "RSP: %04lx:%016lx  EFLAGS: %08lx\n", regs->ss,
 175                         regs->sp, regs->flags);
 176         printk(KERN_DEFAULT "RAX: %016lx RBX: %016lx RCX: %016lx\n",
 177                regs->ax, regs->bx, regs->cx);
 178         printk(KERN_DEFAULT "RDX: %016lx RSI: %016lx RDI: %016lx\n",
 179                regs->dx, regs->si, regs->di);
 180         printk(KERN_DEFAULT "RBP: %016lx R08: %016lx R09: %016lx\n",
 181                regs->bp, regs->r8, regs->r9);
 182         printk(KERN_DEFAULT "R10: %016lx R11: %016lx R12: %016lx\n",
 183                regs->r10, regs->r11, regs->r12);
 184         printk(KERN_DEFAULT "R13: %016lx R14: %016lx R15: %016lx\n",
 185                regs->r13, regs->r14, regs->r15);
 186
 187         asm("movl %%ds,%0" : "=r" (ds));
 188         asm("movl %%cs,%0" : "=r" (cs));
 189         asm("movl %%es,%0" : "=r" (es));
 190         asm("movl %%fs,%0" : "=r" (fsindex));
 191         asm("movl %%gs,%0" : "=r" (gsindex));
 192
 193         rdmsrl(MSR_FS_BASE, fs);
 194         rdmsrl(MSR_GS_BASE, gs);
 195         rdmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, shadowgs);
 196
 197         if (!all)
 198                 return;
 199
 200         cr0 = read_cr0();
 201         cr2 = read_cr2();
 202         cr3 = read_cr3();
 203         cr4 = read_cr4();
 204
 205         printk(KERN_DEFAULT "FS:  %016lx(%04x) GS:%016lx(%04x) knlGS:%016lx\n",
 206                fs, fsindex, gs, gsindex, shadowgs);
 207         printk(KERN_DEFAULT "CS:  %04x DS: %04x ES: %04x CR0: %016lx\n", cs, ds,
 208                         es, cr0);
 209         printk(KERN_DEFAULT "CR2: %016lx CR3: %016lx CR4: %016lx\n", cr2, cr3,
 210                         cr4);
 211
 212         get_debugreg(d0, 0);
 213         get_debugreg(d1, 1);
 214         get_debugreg(d2, 2);
 215         printk(KERN_DEFAULT "DR0: %016lx DR1: %016lx DR2: %016lx\n", d0, d1, d2);
 216         get_debugreg(d3, 3);
 217         get_debugreg(d6, 6);
 218         get_debugreg(d7, 7);
 219         printk(KERN_DEFAULT "DR3: %016lx DR6: %016lx DR7: %016lx\n", d3, d6, d7);
 220 }
 221
 222 void release_thread(struct task_struct *dead_task)
 223 {
 224         if (dead_task->mm) {
 225                 if (dead_task->mm->context.size) {
 226                         printk("WARNING: dead process %8s still has LDT? <%p/%d>\n",
 227                                         dead_task->comm,
 228                                         dead_task->mm->context.ldt,
 229                                         dead_task->mm->context.size);
 230                         BUG();
 231                 }
 232         }
 233 }
 234
 235 static inline void set_32bit_tls(struct task_struct *t, int tls, u32 addr)
 236 {
 237         struct user_desc ud = {
 238                 .base_addr = addr,
 239                 .limit = 0xfffff,
 240                 .seg_32bit = 1,
 241                 .limit_in_pages = 1,
 242                 .useable = 1,
 243         };
 244         struct desc_struct *desc = t->thread.tls_array;
 245         desc += tls;
 246         fill_ldt(desc, &ud);
 247 }
 248
 249 static inline u32 read_32bit_tls(struct task_struct *t, int tls)
 250 {
 251         return get_desc_base(&t->thread.tls_array[tls]);
 252 }
 253
 254 /*
 255  * This gets called before we allocate a new thread and copy
 256  * the current task into it.
 257  */
 258 void prepare_to_copy(struct task_struct *tsk)
 259 {
 260         unlazy_fpu(tsk);
 261 }
 262
 263 int copy_thread(unsigned long clone_flags, unsigned long sp,
 264                 unsigned long unused,
 265         struct task_struct *p, struct pt_regs *regs)
 266 {
 267         int err;
 268         struct pt_regs *childregs;
 269         struct task_struct *me = current;
 270
 271         childregs = ((struct pt_regs *)
 272                         (THREAD_SIZE + task_stack_page(p))) - 1;
 273         *childregs = *regs;
 274
 275         childregs->ax = 0;
 276         if (user_mode(regs))
 277                 childregs->sp = sp;
 278         else
 279                 childregs->sp = (unsigned long)childregs;
 280
 281         p->thread.sp = (unsigned long) childregs;
 282         p->thread.sp0 = (unsigned long) (childregs+1);
 283         p->thread.usersp = me->thread.usersp;
 284
 285         set_tsk_thread_flag(p, TIF_FORK);
 286
 287         p->fpu_counter = 0;
 288         p->thread.io_bitmap_ptr = NULL;
 289
 290         savesegment(gs, p->thread.gsindex);
 291         p->thread.gs = p->thread.gsindex ? 0 : me->thread.gs;
 292         savesegment(fs, p->thread.fsindex);
 293         p->thread.fs = p->thread.fsindex ? 0 : me->thread.fs;
 294         savesegment(es, p->thread.es);
 295         savesegment(ds, p->thread.ds);
 296
 297         err = -ENOMEM;
 298         memset(p->thread.ptrace_bps, 0, sizeof(p->thread.ptrace_bps));
 299
 300         if (unlikely(test_tsk_thread_flag(me, TIF_IO_BITMAP))) {
 301                 p->thread.io_bitmap_ptr = kmemdup(me->thread.io_bitmap_ptr,
 302                                                   IO_BITMAP_BYTES, GFP_KERNEL);
 303                 if (!p->thread.io_bitmap_ptr) {
 304                         p->thread.io_bitmap_max = 0;
 305                         return -ENOMEM;
 306                 }
 307                 set_tsk_thread_flag(p, TIF_IO_BITMAP);
 308         }
 309
 310         /*
 311          * Set a new TLS for the child thread?
 312          */
 313         if (clone_flags & CLONE_SETTLS) {
 314 #ifdef CONFIG_IA32_EMULATION
 315                 if (test_thread_flag(TIF_IA32))
 316                         err = do_set_thread_area(p, -1,
 317                                 (struct user_desc __user *)childregs->si, 0);
 318                 else
 319 #endif
 320                         err = do_arch_prctl(p, ARCH_SET_FS, childregs->r8);
 321                 if (err)
 322                         goto out;
 323         }
 324         err = 0;
 325 out:
 326         if (err && p->thread.io_bitmap_ptr) {
 327                 kfree(p->thread.io_bitmap_ptr);
 328                 p->thread.io_bitmap_max = 0;
 329         }
 330
 331         return err;
 332 }
 333
 334 static void
 335 start_thread_common(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip,
 336                     unsigned long new_sp,
 337                     unsigned int _cs, unsigned int _ss, unsigned int _ds)
 338 {
 339         loadsegment(fs, 0);
 340         loadsegment(es, _ds);
 341         loadsegment(ds, _ds);
 342         load_gs_index(0);
 343         current->thread.usersp  = new_sp;
 344         regs->ip                = new_ip;
 345         regs->sp                = new_sp;
 346         percpu_write(old_rsp, new_sp);
 347         regs->cs                = _cs;
 348         regs->ss                = _ss;
 349         regs->flags             = X86_EFLAGS_IF;
 350         /*
 351          * Free the old FP and other extended state
 352          */
 353         free_thread_xstate(current);
 354 }
 355
 356 void
 357 start_thread(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip, unsigned long new_sp)
 358 {
 359         start_thread_common(regs, new_ip, new_sp,
 360                             __USER_CS, __USER_DS, 0);
 361 }
 362
 363 #ifdef CONFIG_IA32_EMULATION
 364 void start_thread_ia32(struct pt_regs *regs, u32 new_ip, u32 new_sp)
 365 {
 366         start_thread_common(regs, new_ip, new_sp,
 367                             __USER32_CS, __USER32_DS, __USER32_DS);
 368 }
 369 #endif
 370
 371 /*
 372  *      switch_to(x,y) should switch tasks from x to y.
 373  *
 374  * This could still be optimized:
 375  * - fold all the options into a flag word and test it with a single test.
 376  * - could test fs/gs bitsliced
 377  *
 378  * Kprobes not supported here. Set the probe on schedule instead.
 379  * Function graph tracer not supported too.
 380  */
 381 __notrace_funcgraph struct task_struct *
 382 __switch_to(struct task_struct *prev_p, struct task_struct *next_p)
 383 {
 384         struct thread_struct *prev = &prev_p->thread;
 385         struct thread_struct *next = &next_p->thread;
 386         int cpu = smp_processor_id();
 387         struct tss_struct *tss = &per_cpu(init_tss, cpu);
 388         unsigned fsindex, gsindex;
 389         fpu_switch_t fpu;
 390
 391         fpu = switch_fpu_prepare(prev_p, next_p, cpu);
 392
 393         /*
 394          * Reload esp0, LDT and the page table pointer:
 395          */
 396         load_sp0(tss, next);
 397
 398         /*
 399          * Switch DS and ES.
 400          * This won't pick up thread selector changes, but I guess that is ok.
 401          */
 402         savesegment(es, prev->es);
 403         if (unlikely(next->es | prev->es))
 404                 loadsegment(es, next->es);
 405
 406         savesegment(ds, prev->ds);
 407         if (unlikely(next->ds | prev->ds))
 408                 loadsegment(ds, next->ds);
 409
 410
 411         /* We must save %fs and %gs before load_TLS() because
 412          * %fs and %gs may be cleared by load_TLS().
 413          *
 414          * (e.g. xen_load_tls())
 415          */
 416         savesegment(fs, fsindex);
 417         savesegment(gs, gsindex);
 418
 419         load_TLS(next, cpu);
 420
 421         /*
 422          * Leave lazy mode, flushing any hypercalls made here.
 423          * This must be done before restoring TLS segments so
 424          * the GDT and LDT are properly updated, and must be
 425          * done before math_state_restore, so the TS bit is up
 426          * to date.
 427          */
 428         arch_end_context_switch(next_p);
 429
 430         /*
 431          * Switch FS and GS.
 432          *
 433          * Segment register != 0 always requires a reload.  Also
 434          * reload when it has changed.  When prev process used 64bit
 435          * base always reload to avoid an information leak.
 436          */
 437         if (unlikely(fsindex | next->fsindex | prev->fs)) {
 438                 loadsegment(fs, next->fsindex);
 439                 /*
 440                  * Check if the user used a selector != 0; if yes
 441                  *  clear 64bit base, since overloaded base is always
 442                  *  mapped to the Null selector
 443                  */
 444                 if (fsindex)
 445                         prev->fs = 0;
 446         }
 447         /* when next process has a 64bit base use it */
 448         if (next->fs)
 449                 wrmsrl(MSR_FS_BASE, next->fs);
 450         prev->fsindex = fsindex;
 451
 452         if (unlikely(gsindex | next->gsindex | prev->gs)) {
 453                 load_gs_index(next->gsindex);
 454                 if (gsindex)
 455                         prev->gs = 0;
 456         }
 457         if (next->gs)
 458                 wrmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, next->gs);
 459         prev->gsindex = gsindex;
 460
 461         switch_fpu_finish(next_p, fpu);
 462
 463         /*
 464          * Switch the PDA and FPU contexts.
 465          */
 466         prev->usersp = percpu_read(old_rsp);
 467         percpu_write(old_rsp, next->usersp);
 468         percpu_write(current_task, next_p);
 469
 470         percpu_write(kernel_stack,
 471                   (unsigned long)task_stack_page(next_p) +
 472                   THREAD_SIZE - KERNEL_STACK_OFFSET);
 473
 474         /*
 475          * Now maybe reload the debug registers and handle I/O bitmaps
 476          */
 477         if (unlikely(task_thread_info(next_p)->flags & _TIF_WORK_CTXSW_NEXT ||
 478                      task_thread_info(prev_p)->flags & _TIF_WORK_CTXSW_PREV))
 479                 __switch_to_xtra(prev_p, next_p, tss);
 480
 481         return prev_p;
 482 }
 483
 484 void set_personality_64bit(void)
 485 {
 486         /* inherit personality from parent */
 487
 488         /* Make sure to be in 64bit mode */
 489         clear_thread_flag(TIF_IA32);
 490
 491         /* Ensure the corresponding mm is not marked. */
 492         if (current->mm)
 493                 current->mm->context.ia32_compat = 0;
 494
 495         /* TBD: overwrites user setup. Should have two bits.
 496            But 64bit processes have always behaved this way,
 497            so it's not too bad. The main problem is just that
 498            32bit childs are affected again. */
 499         current->personality &= ~READ_IMPLIES_EXEC;
 500 }
 501
 502 void set_personality_ia32(void)
 503 {
 504         /* inherit personality from parent */
 505
 506         /* Make sure to be in 32bit mode */
 507         set_thread_flag(TIF_IA32);
 508         current->personality |= force_personality32;
 509
 510         /* Mark the associated mm as containing 32-bit tasks. */
 511         if (current->mm)
 512                 current->mm->context.ia32_compat = 1;
 513
 514         /* Prepare the first "return" to user space */
 515         current_thread_info()->status |= TS_COMPAT;
 516 }
 517
 518 unsigned long get_wchan(struct task_struct *p)
 519 {
 520         unsigned long stack;
 521         u64 fp, ip;
 522         int count = 0;
 523
 524         if (!p || p == current || p->state == TASK_RUNNING)
 525                 return 0;
 526         stack = (unsigned long)task_stack_page(p);
 527         if (p->thread.sp < stack || p->thread.sp >= stack+THREAD_SIZE)
 528                 return 0;
 529         fp = *(u64 *)(p->thread.sp);
 530         do {
 531                 if (fp < (unsigned long)stack ||
 532                     fp >= (unsigned long)stack+THREAD_SIZE)
 533                         return 0;
 534                 ip = *(u64 *)(fp+8);
 535                 if (!in_sched_functions(ip))
 536                         return ip;
 537                 fp = *(u64 *)fp;
 538         } while (count++ < 16);
 539         return 0;
 540 }
 541
 542 long do_arch_prctl(struct task_struct *task, int code, unsigned long addr)
 543 {
 544         int ret = 0;
 545         int doit = task == current;
 546         int cpu;
 547
 548         switch (code) {
 549         case ARCH_SET_GS:
 550                 if (addr >= TASK_SIZE_OF(task))
 551                         return -EPERM;
 552                 cpu = get_cpu();
 553                 /* handle small bases via the GDT because that's faster to
 554                    switch. */
 555                 if (addr <= 0xffffffff) {
 556                         set_32bit_tls(task, GS_TLS, addr);
 557                         if (doit) {
 558                                 load_TLS(&task->thread, cpu);
 559                                 load_gs_index(GS_TLS_SEL);
 560                         }
 561                         task->thread.gsindex = GS_TLS_SEL;
 562                         task->thread.gs = 0;
 563                 } else {
 564                         task->thread.gsindex = 0;
 565                         task->thread.gs = addr;
 566                         if (doit) {
 567                                 load_gs_index(0);
 568                                 ret = checking_wrmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, addr);
 569                         }
 570                 }
 571                 put_cpu();
 572                 break;
 573         case ARCH_SET_FS:
 574                 /* Not strictly needed for fs, but do it for symmetry
 575                    with gs */
 576                 if (addr >= TASK_SIZE_OF(task))
 577                         return -EPERM;
 578                 cpu = get_cpu();
 579                 /* handle small bases via the GDT because that's faster to
 580                    switch. */
 581                 if (addr <= 0xffffffff) {
 582                         set_32bit_tls(task, FS_TLS, addr);
 583                         if (doit) {
 584                                 load_TLS(&task->thread, cpu);
 585                                 loadsegment(fs, FS_TLS_SEL);
 586                         }
 587                         task->thread.fsindex = FS_TLS_SEL;
 588                         task->thread.fs = 0;
 589                 } else {
 590                         task->thread.fsindex = 0;
 591                         task->thread.fs = addr;
 592                         if (doit) {
 593                                 /* set the selector to 0 to not confuse
 594                                    __switch_to */
 595                                 loadsegment(fs, 0);
 596                                 ret = checking_wrmsrl(MSR_FS_BASE, addr);
 597                         }
 598                 }
 599                 put_cpu();
 600                 break;
 601         case ARCH_GET_FS: {
 602                 unsigned long base;
 603                 if (task->thread.fsindex == FS_TLS_SEL)
 604                         base = read_32bit_tls(task, FS_TLS);
 605                 else if (doit)
 606                         rdmsrl(MSR_FS_BASE, base);
 607                 else
 608                         base = task->thread.fs;
 609                 ret = put_user(base, (unsigned long __user *)addr);
 610                 break;
 611         }
 612         case ARCH_GET_GS: {
 613                 unsigned long base;
 614                 unsigned gsindex;
 615                 if (task->thread.gsindex == GS_TLS_SEL)
 616                         base = read_32bit_tls(task, GS_TLS);
 617                 else if (doit) {
 618                         savesegment(gs, gsindex);
 619                         if (gsindex)
 620                                 rdmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, base);
 621                         else
 622                                 base = task->thread.gs;
 623                 } else
 624                         base = task->thread.gs;
 625                 ret = put_user(base, (unsigned long __user *)addr);
 626                 break;
 627         }
 628
 629         default:
 630                 ret = -EINVAL;
 631                 break;
 632         }
 633
 634         return ret;
 635 }
 636
 637 long sys_arch_prctl(int code, unsigned long addr)
 638 {
 639         return do_arch_prctl(current, code, addr);
 640 }
 641
 642 unsigned long KSTK_ESP(struct task_struct *task)
 643 {
 644         return (test_tsk_thread_flag(task, TIF_IA32)) ?
 645                         (task_pt_regs(task)->sp) : ((task)->thread.usersp);
 646 }