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