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