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/perf_event.h>
  14 #include <linux/signal.h>
  15 #include <linux/sched.h>
  16 #include <linux/kernel.h>
  17 #include <linux/errno.h>
  18 #include <linux/string.h>
  19 #include <linux/types.h>
  20 #include <linux/ptrace.h>
  21 #include <linux/mman.h>
  22 #include <linux/mm.h>
  23 #include <linux/compat.h>
  24 #include <linux/smp.h>
  25 #include <linux/kdebug.h>
  26 #include <linux/init.h>
  27 #include <linux/console.h>
  28 #include <linux/module.h>
  29 #include <linux/hardirq.h>
  30 #include <linux/kprobes.h>
  31 #include <linux/uaccess.h>
  32 #include <linux/hugetlb.h>
  33 #include <asm/asm-offsets.h>
  34 #include <asm/system.h>
  35 #include <asm/pgtable.h>
  36 #include <asm/s390_ext.h>
  37 #include <asm/mmu_context.h>
  38 #include <asm/compat.h>
  39 #include "../kernel/entry.h"
  40
  41 #ifndef CONFIG_64BIT
  42 #define __FAIL_ADDR_MASK 0x7ffff000
  43 #define __SUBCODE_MASK 0x0200
  44 #define __PF_RES_FIELD 0ULL
  45 #else /* CONFIG_64BIT */
  46 #define __FAIL_ADDR_MASK -4096L
  47 #define __SUBCODE_MASK 0x0600
  48 #define __PF_RES_FIELD 0x8000000000000000ULL
  49 #endif /* CONFIG_64BIT */
  50
  51 #define VM_FAULT_BADCONTEXT     0x010000
  52 #define VM_FAULT_BADMAP         0x020000
  53 #define VM_FAULT_BADACCESS      0x040000
  54
  55 static unsigned long store_indication;
  56
  57 void fault_init(void)
  58 {
  59         unsigned long long facility_list[2];
  60
  61         if (stfle(facility_list, 2) < 2)
  62                 return;
  63         if ((facility_list[0] & (1ULL << 61)) &&
  64             (facility_list[1] & (1ULL << 52)))
  65                 store_indication = 0xc00;
  66 }
  67
  68 static inline int notify_page_fault(struct pt_regs *regs)
  69 {
  70         int ret = 0;
  71
  72         /* kprobe_running() needs smp_processor_id() */
  73         if (kprobes_built_in() && !user_mode(regs)) {
  74                 preempt_disable();
  75                 if (kprobe_running() && kprobe_fault_handler(regs, 14))
  76                         ret = 1;
  77                 preempt_enable();
  78         }
  79         return ret;
  80 }
  81
  82
  83 /*
  84  * Unlock any spinlocks which will prevent us from getting the
  85  * message out.
  86  */
  87 void bust_spinlocks(int yes)
  88 {
  89         if (yes) {
  90                 oops_in_progress = 1;
  91         } else {
  92                 int loglevel_save = console_loglevel;
  93                 console_unblank();
  94                 oops_in_progress = 0;
  95                 /*
  96                  * OK, the message is on the console.  Now we call printk()
  97                  * without oops_in_progress set so that printk will give klogd
  98                  * a poke.  Hold onto your hats...
  99                  */
 100                 console_loglevel = 15;
 101                 printk(" ");
 102                 console_loglevel = loglevel_save;
 103         }
 104 }
 105
 106 /*
 107  * Returns the address space associated with the fault.
 108  * Returns 0 for kernel space and 1 for user space.
 109  */
 110 static inline int user_space_fault(unsigned long trans_exc_code)
 111 {
 112         /*
 113          * The lowest two bits of the translation exception
 114          * identification indicate which paging table was used.
 115          */
 116         trans_exc_code &= 3;
 117         if (trans_exc_code == 2)
 118                 /* Access via secondary space, set_fs setting decides */
 119                 return current->thread.mm_segment.ar4;
 120         if (user_mode == HOME_SPACE_MODE)
 121                 /* User space if the access has been done via home space. */
 122                 return trans_exc_code == 3;
 123         /*
 124          * If the user space is not the home space the kernel runs in home
 125          * space. Access via secondary space has already been covered,
 126          * access via primary space or access register is from user space
 127          * and access via home space is from the kernel.
 128          */
 129         return trans_exc_code != 3;
 130 }
 131
 132 static inline void report_user_fault(struct pt_regs *regs, long int_code,
 133                                      int signr, unsigned long address)
 134 {
 135         if ((task_pid_nr(current) > 1) && !show_unhandled_signals)
 136                 return;
 137         if (!unhandled_signal(current, signr))
 138                 return;
 139         if (!printk_ratelimit())
 140                 return;
 141         printk("User process fault: interruption code 0x%lX ", int_code);
 142         print_vma_addr(KERN_CONT "in ", regs->psw.addr & PSW_ADDR_INSN);
 143         printk("\n");
 144         printk("failing address: %lX\n", address);
 145         show_regs(regs);
 146 }
 147
 148 /*
 149  * Send SIGSEGV to task.  This is an external routine
 150  * to keep the stack usage of do_page_fault small.
 151  */
 152 static noinline void do_sigsegv(struct pt_regs *regs, long int_code,
 153                                 int si_code, unsigned long trans_exc_code)
 154 {
 155         struct siginfo si;
 156         unsigned long address;
 157
 158         address = trans_exc_code & __FAIL_ADDR_MASK;
 159         current->thread.prot_addr = address;
 160         current->thread.trap_no = int_code;
 161         report_user_fault(regs, int_code, SIGSEGV, address);
 162         si.si_signo = SIGSEGV;
 163         si.si_code = si_code;
 164         si.si_addr = (void __user *) address;
 165         force_sig_info(SIGSEGV, &si, current);
 166 }
 167
 168 static noinline void do_no_context(struct pt_regs *regs, long int_code,
 169                                    unsigned long trans_exc_code)
 170 {
 171         const struct exception_table_entry *fixup;
 172         unsigned long address;
 173
 174         /* Are we prepared to handle this kernel fault?  */
 175         fixup = search_exception_tables(regs->psw.addr & PSW_ADDR_INSN);
 176         if (fixup) {
 177                 regs->psw.addr = fixup->fixup | PSW_ADDR_AMODE;
 178                 return;
 179         }
 180
 181         /*
 182          * Oops. The kernel tried to access some bad page. We'll have to
 183          * terminate things with extreme prejudice.
 184          */
 185         address = trans_exc_code & __FAIL_ADDR_MASK;
 186         if (!user_space_fault(trans_exc_code))
 187                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel pointer dereference"
 188                        " at virtual kernel address %p\n", (void *)address);
 189         else
 190                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel paging request"
 191                        " at virtual user address %p\n", (void *)address);
 192
 193         die("Oops", regs, int_code);
 194         do_exit(SIGKILL);
 195 }
 196
 197 static noinline void do_low_address(struct pt_regs *regs, long int_code,
 198                                     unsigned long trans_exc_code)
 199 {
 200         /* Low-address protection hit in kernel mode means
 201            NULL pointer write access in kernel mode.  */
 202         if (regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE) {
 203                 /* Low-address protection hit in user mode 'cannot happen'. */
 204                 die ("Low-address protection", regs, int_code);
 205                 do_exit(SIGKILL);
 206         }
 207
 208         do_no_context(regs, int_code, trans_exc_code);
 209 }
 210
 211 static noinline void do_sigbus(struct pt_regs *regs, long int_code,
 212                                unsigned long trans_exc_code)
 213 {
 214         struct task_struct *tsk = current;
 215
 216         /*
 217          * Send a sigbus, regardless of whether we were in kernel
 218          * or user mode.
 219          */
 220         tsk->thread.prot_addr = trans_exc_code & __FAIL_ADDR_MASK;
 221         tsk->thread.trap_no = int_code;
 222         force_sig(SIGBUS, tsk);
 223 }
 224
 225 #ifdef CONFIG_S390_EXEC_PROTECT
 226 static noinline int signal_return(struct pt_regs *regs, long int_code,
 227                                   unsigned long trans_exc_code)
 228 {
 229         u16 instruction;
 230         int rc;
 231
 232         rc = __get_user(instruction, (u16 __user *) regs->psw.addr);
 233
 234         if (!rc && instruction == 0x0a77) {
 235                 clear_tsk_thread_flag(current, TIF_SINGLE_STEP);
 236                 if (is_compat_task())
 237                         sys32_sigreturn();
 238                 else
 239                         sys_sigreturn();
 240         } else if (!rc && instruction == 0x0aad) {
 241                 clear_tsk_thread_flag(current, TIF_SINGLE_STEP);
 242                 if (is_compat_task())
 243                         sys32_rt_sigreturn();
 244                 else
 245                         sys_rt_sigreturn();
 246         } else
 247                 do_sigsegv(regs, int_code, SEGV_MAPERR, trans_exc_code);
 248         return 0;
 249 }
 250 #endif /* CONFIG_S390_EXEC_PROTECT */
 251
 252 static noinline void do_fault_error(struct pt_regs *regs, long int_code,
 253                                     unsigned long trans_exc_code, int fault)
 254 {
 255         int si_code;
 256
 257         switch (fault) {
 258         case VM_FAULT_BADACCESS:
 259 #ifdef CONFIG_S390_EXEC_PROTECT
 260                 if ((regs->psw.mask & PSW_MASK_ASC) == PSW_ASC_SECONDARY &&
 261                     (trans_exc_code & 3) == 0) {
 262                         signal_return(regs, int_code, trans_exc_code);
 263                         break;
 264                 }
 265 #endif /* CONFIG_S390_EXEC_PROTECT */
 266         case VM_FAULT_BADMAP:
 267                 /* Bad memory access. Check if it is kernel or user space. */
 268                 if (regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE) {
 269                         /* User mode accesses just cause a SIGSEGV */
 270                         si_code = (fault == VM_FAULT_BADMAP) ?
 271                                 SEGV_MAPERR : SEGV_ACCERR;
 272                         do_sigsegv(regs, int_code, si_code, trans_exc_code);
 273                         return;
 274                 }
 275         case VM_FAULT_BADCONTEXT:
 276                 do_no_context(regs, int_code, trans_exc_code);
 277                 break;
 278         default: /* fault & VM_FAULT_ERROR */
 279                 if (fault & VM_FAULT_OOM)
 280                         pagefault_out_of_memory();
 281                 else if (fault & VM_FAULT_SIGBUS) {
 282                         do_sigbus(regs, int_code, trans_exc_code);
 283                         /* Kernel mode? Handle exceptions or die */
 284                         if (!(regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE))
 285                                 do_no_context(regs, int_code, trans_exc_code);
 286                 } else
 287                         BUG();
 288                 break;
 289         }
 290 }
 291
 292 /*
 293  * This routine handles page faults.  It determines the address,
 294  * and the problem, and then passes it off to one of the appropriate
 295  * routines.
 296  *
 297  * interruption code (int_code):
 298  *   04       Protection           ->  Write-Protection  (suprression)
 299  *   10       Segment translation  ->  Not present       (nullification)
 300  *   11       Page translation     ->  Not present       (nullification)
 301  *   3b       Region third trans.  ->  Not present       (nullification)
 302  */
 303 static inline int do_exception(struct pt_regs *regs, int access,
 304                                unsigned long trans_exc_code)
 305 {
 306         struct task_struct *tsk;
 307         struct mm_struct *mm;
 308         struct vm_area_struct *vma;
 309         unsigned long address;
 310         int fault, write;
 311
 312         if (notify_page_fault(regs))
 313                 return 0;
 314
 315         tsk = current;
 316         mm = tsk->mm;
 317
 318         /*
 319          * Verify that the fault happened in user space, that
 320          * we are not in an interrupt and that there is a
 321          * user context.
 322          */
 323         fault = VM_FAULT_BADCONTEXT;
 324         if (unlikely(!user_space_fault(trans_exc_code) || in_atomic() || !mm))
 325                 goto out;
 326
 327         address = trans_exc_code & __FAIL_ADDR_MASK;
 328         /*
 329          * When we get here, the fault happened in the current
 330          * task's user address space, so we can switch on the
 331          * interrupts again and then search the VMAs
 332          */
 333         local_irq_enable();
 334         perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS, 1, 0, regs, address);
 335         down_read(&mm->mmap_sem);
 336
 337         fault = VM_FAULT_BADMAP;
 338         vma = find_vma(mm, address);
 339         if (!vma)
 340                 goto out_up;
 341
 342         if (unlikely(vma->vm_start > address)) {
 343                 if (!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN))
 344                         goto out_up;
 345                 if (expand_stack(vma, address))
 346                         goto out_up;
 347         }
 348
 349         /*
 350          * Ok, we have a good vm_area for this memory access, so
 351          * we can handle it..
 352          */
 353         fault = VM_FAULT_BADACCESS;
 354         if (unlikely(!(vma->vm_flags & access)))
 355                 goto out_up;
 356
 357         if (is_vm_hugetlb_page(vma))
 358                 address &= HPAGE_MASK;
 359         /*
 360          * If for any reason at all we couldn't handle the fault,
 361          * make sure we exit gracefully rather than endlessly redo
 362          * the fault.
 363          */
 364         write = (access == VM_WRITE ||
 365                  (trans_exc_code & store_indication) == 0x400) ?
 366                 FAULT_FLAG_WRITE : 0;
 367         fault = handle_mm_fault(mm, vma, address, write);
 368         if (unlikely(fault & VM_FAULT_ERROR))
 369                 goto out_up;
 370
 371         if (fault & VM_FAULT_MAJOR) {
 372                 tsk->maj_flt++;
 373                 perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS_MAJ, 1, 0,
 374                                      regs, address);
 375         } else {
 376                 tsk->min_flt++;
 377                 perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS_MIN, 1, 0,
 378                                      regs, address);
 379         }
 380         /*
 381          * The instruction that caused the program check will
 382          * be repeated. Don't signal single step via SIGTRAP.
 383          */
 384         clear_tsk_thread_flag(tsk, TIF_SINGLE_STEP);
 385         fault = 0;
 386 out_up:
 387         up_read(&mm->mmap_sem);
 388 out:
 389         return fault;
 390 }
 391
 392 void __kprobes do_protection_exception(struct pt_regs *regs, long int_code)
 393 {
 394         unsigned long trans_exc_code = S390_lowcore.trans_exc_code;
 395         int fault;
 396
 397         /* Protection exception is supressing, decrement psw address. */
 398         regs->psw.addr -= (int_code >> 16);
 399         /*
 400          * Check for low-address protection.  This needs to be treated
 401          * as a special case because the translation exception code
 402          * field is not guaranteed to contain valid data in this case.
 403          */
 404         if (unlikely(!(trans_exc_code & 4))) {
 405                 do_low_address(regs, int_code, trans_exc_code);
 406                 return;
 407         }
 408         fault = do_exception(regs, VM_WRITE, trans_exc_code);
 409         if (unlikely(fault))
 410                 do_fault_error(regs, 4, trans_exc_code, fault);
 411 }
 412
 413 void __kprobes do_dat_exception(struct pt_regs *regs, long int_code)
 414 {
 415         unsigned long trans_exc_code = S390_lowcore.trans_exc_code;
 416         int access, fault;
 417
 418         access = VM_READ | VM_EXEC | VM_WRITE;
 419 #ifdef CONFIG_S390_EXEC_PROTECT
 420         if ((regs->psw.mask & PSW_MASK_ASC) == PSW_ASC_SECONDARY &&
 421             (trans_exc_code & 3) == 0)
 422                 access = VM_EXEC;
 423 #endif
 424         fault = do_exception(regs, access, trans_exc_code);
 425         if (unlikely(fault))
 426                 do_fault_error(regs, int_code & 255, trans_exc_code, fault);
 427 }
 428
 429 #ifdef CONFIG_64BIT
 430 void __kprobes do_asce_exception(struct pt_regs *regs, long int_code)
 431 {
 432         unsigned long trans_exc_code = S390_lowcore.trans_exc_code;
 433         struct mm_struct *mm = current->mm;
 434         struct vm_area_struct *vma;
 435
 436         if (unlikely(!user_space_fault(trans_exc_code) || in_atomic() || !mm))
 437                 goto no_context;
 438
 439         local_irq_enable();
 440
 441         down_read(&mm->mmap_sem);
 442         vma = find_vma(mm, trans_exc_code & __FAIL_ADDR_MASK);
 443         up_read(&mm->mmap_sem);
 444
 445         if (vma) {
 446                 update_mm(mm, current);
 447                 return;
 448         }
 449
 450         /* User mode accesses just cause a SIGSEGV */
 451         if (regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE) {
 452                 do_sigsegv(regs, int_code, SEGV_MAPERR, trans_exc_code);
 453                 return;
 454         }
 455
 456 no_context:
 457         do_no_context(regs, int_code, trans_exc_code);
 458 }
 459 #endif
 460
 461 int __handle_fault(unsigned long uaddr, unsigned long int_code, int write_user)
 462 {
 463         struct pt_regs regs;
 464         int access, fault;
 465
 466         regs.psw.mask = psw_kernel_bits;
 467         if (!irqs_disabled())
 468                 regs.psw.mask |= PSW_MASK_IO | PSW_MASK_EXT;
 469         regs.psw.addr = (unsigned long) __builtin_return_address(0);
 470         regs.psw.addr |= PSW_ADDR_AMODE;
 471         uaddr &= PAGE_MASK;
 472         access = write_user ? VM_WRITE : VM_READ;
 473         fault = do_exception(&regs, access, uaddr | 2);
 474         if (unlikely(fault)) {
 475                 if (fault & VM_FAULT_OOM) {
 476                         pagefault_out_of_memory();
 477                         fault = 0;
 478                 } else if (fault & VM_FAULT_SIGBUS)
 479                         do_sigbus(&regs, int_code, uaddr);
 480         }
 481         return fault ? -EFAULT : 0;
 482 }
 483
 484 #ifdef CONFIG_PFAULT
 485 /*
 486  * 'pfault' pseudo page faults routines.
 487  */
 488 static ext_int_info_t ext_int_pfault;
 489 static int pfault_disable = 0;
 490
 491 static int __init nopfault(char *str)
 492 {
 493         pfault_disable = 1;
 494         return 1;
 495 }
 496
 497 __setup("nopfault", nopfault);
 498
 499 typedef struct {
 500         __u16 refdiagc;
 501         __u16 reffcode;
 502         __u16 refdwlen;
 503         __u16 refversn;
 504         __u64 refgaddr;
 505         __u64 refselmk;
 506         __u64 refcmpmk;
 507         __u64 reserved;
 508 } __attribute__ ((packed, aligned(8))) pfault_refbk_t;
 509
 510 int pfault_init(void)
 511 {
 512         pfault_refbk_t refbk =
 513                 { 0x258, 0, 5, 2, __LC_CURRENT, 1ULL << 48, 1ULL << 48,
 514                   __PF_RES_FIELD };
 515         int rc;
 516
 517         if (!MACHINE_IS_VM || pfault_disable)
 518                 return -1;
 519         asm volatile(
 520                 "       diag    %1,%0,0x258\n"
 521                 "0:     j       2f\n"
 522                 "1:     la      %0,8\n"
 523                 "2:\n"
 524                 EX_TABLE(0b,1b)
 525                 : "=d" (rc) : "a" (&refbk), "m" (refbk) : "cc");
 526         __ctl_set_bit(0, 9);
 527         return rc;
 528 }
 529
 530 void pfault_fini(void)
 531 {
 532         pfault_refbk_t refbk =
 533         { 0x258, 1, 5, 2, 0ULL, 0ULL, 0ULL, 0ULL };
 534
 535         if (!MACHINE_IS_VM || pfault_disable)
 536                 return;
 537         __ctl_clear_bit(0,9);
 538         asm volatile(
 539                 "       diag    %0,0,0x258\n"
 540                 "0:\n"
 541                 EX_TABLE(0b,0b)
 542                 : : "a" (&refbk), "m" (refbk) : "cc");
 543 }
 544
 545 static void pfault_interrupt(__u16 int_code)
 546 {
 547         struct task_struct *tsk;
 548         __u16 subcode;
 549
 550         /*
 551          * Get the external interruption subcode & pfault
 552          * initial/completion signal bit. VM stores this
 553          * in the 'cpu address' field associated with the
 554          * external interrupt.
 555          */
 556         subcode = S390_lowcore.cpu_addr;
 557         if ((subcode & 0xff00) != __SUBCODE_MASK)
 558                 return;
 559
 560         /*
 561          * Get the token (= address of the task structure of the affected task).
 562          */
 563         tsk = *(struct task_struct **) __LC_PFAULT_INTPARM;
 564
 565         if (subcode & 0x0080) {
 566                 /* signal bit is set -> a page has been swapped in by VM */
 567                 if (xchg(&tsk->thread.pfault_wait, -1) != 0) {
 568                         /* Initial interrupt was faster than the completion
 569                          * interrupt. pfault_wait is valid. Set pfault_wait
 570                          * back to zero and wake up the process. This can
 571                          * safely be done because the task is still sleeping
 572                          * and can't produce new pfaults. */
 573                         tsk->thread.pfault_wait = 0;
 574                         wake_up_process(tsk);
 575                         put_task_struct(tsk);
 576                 }
 577         } else {
 578                 /* signal bit not set -> a real page is missing. */
 579                 get_task_struct(tsk);
 580                 set_task_state(tsk, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 581                 if (xchg(&tsk->thread.pfault_wait, 1) != 0) {
 582                         /* Completion interrupt was faster than the initial
 583                          * interrupt (swapped in a -1 for pfault_wait). Set
 584                          * pfault_wait back to zero and exit. This can be
 585                          * done safely because tsk is running in kernel
 586                          * mode and can't produce new pfaults. */
 587                         tsk->thread.pfault_wait = 0;
 588                         set_task_state(tsk, TASK_RUNNING);
 589                         put_task_struct(tsk);
 590                 } else
 591                         set_tsk_need_resched(tsk);
 592         }
 593 }
 594
 595 void __init pfault_irq_init(void)
 596 {
 597         if (!MACHINE_IS_VM)
 598                 return;
 599
 600         /*
 601          * Try to get pfault pseudo page faults going.
 602          */
 603         if (register_early_external_interrupt(0x2603, pfault_interrupt,
 604                                               &ext_int_pfault) != 0)
 605                 panic("Couldn't request external interrupt 0x2603");
 606
 607         if (pfault_init() == 0)
 608                 return;
 609
 610         /* Tough luck, no pfault. */
 611         pfault_disable = 1;
 612         unregister_early_external_interrupt(0x2603, pfault_interrupt,
 613                                             &ext_int_pfault);
 614 }
 615 #endif