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