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
  41 #include <asm/pgtable.h>
  42 #include <asm/system.h>
  43 #include <asm/processor.h>
  44 #include <asm/i387.h>
  45 #include <asm/mmu_context.h>
  46 #include <asm/prctl.h>
  47 #include <asm/desc.h>
  48 #include <asm/proto.h>
  49 #include <asm/ia32.h>
  50 #include <asm/idle.h>
  51 #include <asm/syscalls.h>
  52 #include <asm/debugreg.h>
  53
  54 asmlinkage extern void ret_from_fork(void);
  55
  56 DEFINE_PER_CPU(unsigned long, old_rsp);
  57 static DEFINE_PER_CPU(unsigned char, is_idle);
  58
  59 static ATOMIC_NOTIFIER_HEAD(idle_notifier);
  60
  61 void idle_notifier_register(struct notifier_block *n)
  62 {
  63         atomic_notifier_chain_register(&idle_notifier, n);
  64 }
  65 EXPORT_SYMBOL_GPL(idle_notifier_register);
  66
  67 void idle_notifier_unregister(struct notifier_block *n)
  68 {
  69         atomic_notifier_chain_unregister(&idle_notifier, n);
  70 }
  71 EXPORT_SYMBOL_GPL(idle_notifier_unregister);
  72
  73 void enter_idle(void)
  74 {
  75         percpu_write(is_idle, 1);
  76         atomic_notifier_call_chain(&idle_notifier, IDLE_START, NULL);
  77 }
  78
  79 static void __exit_idle(void)
  80 {
  81         if (x86_test_and_clear_bit_percpu(0, is_idle) == 0)
  82                 return;
  83         atomic_notifier_call_chain(&idle_notifier, IDLE_END, NULL);
  84 }
  85
  86 /* Called from interrupts to signify idle end */
  87 void exit_idle(void)
  88 {
  89         /* idle loop has pid 0 */
  90         if (current->pid)
  91                 return;
  92         __exit_idle();
  93 }
  94
  95 #ifndef CONFIG_SMP
  96 static inline void play_dead(void)
  97 {
  98         BUG();
  99 }
 100 #endif
 101
 102 /*
 103  * The idle thread. There's no useful work to be
 104  * done, so just try to conserve power and have a
 105  * low exit latency (ie sit in a loop waiting for
 106  * somebody to say that they'd like to reschedule)
 107  */
 108 void cpu_idle(void)
 109 {
 110         current_thread_info()->status |= TS_POLLING;
 111
 112         /*
 113          * If we're the non-boot CPU, nothing set the stack canary up
 114          * for us.  CPU0 already has it initialized but no harm in
 115          * doing it again.  This is a good place for updating it, as
 116          * we wont ever return from this function (so the invalid
 117          * canaries already on the stack wont ever trigger).
 118          */
 119         boot_init_stack_canary();
 120
 121         /* endless idle loop with no priority at all */
 122         while (1) {
 123                 tick_nohz_stop_sched_tick(1);
 124                 while (!need_resched()) {
 125
 126                         rmb();
 127
 128                         if (cpu_is_offline(smp_processor_id()))
 129                                 play_dead();
 130                         /*
 131                          * Idle routines should keep interrupts disabled
 132                          * from here on, until they go to idle.
 133                          * Otherwise, idle callbacks can misfire.
 134                          */
 135                         local_irq_disable();
 136                         enter_idle();
 137                         /* Don't trace irqs off for idle */
 138                         stop_critical_timings();
 139                         pm_idle();
 140                         start_critical_timings();
 141                         /* In many cases the interrupt that ended idle
 142                            has already called exit_idle. But some idle
 143                            loops can be woken up without interrupt. */
 144                         __exit_idle();
 145                 }
 146
 147                 tick_nohz_restart_sched_tick();
 148                 preempt_enable_no_resched();
 149                 schedule();
 150                 preempt_disable();
 151         }
 152 }
 153
 154 /* Prints also some state that isn't saved in the pt_regs */
 155 void __show_regs(struct pt_regs *regs, int all)
 156 {
 157         unsigned long cr0 = 0L, cr2 = 0L, cr3 = 0L, cr4 = 0L, fs, gs, shadowgs;
 158         unsigned long d0, d1, d2, d3, d6, d7;
 159         unsigned int fsindex, gsindex;
 160         unsigned int ds, cs, es;
 161
 162         show_regs_common();
 163         printk(KERN_DEFAULT "RIP: %04lx:[<%016lx>] ", regs->cs & 0xffff, regs->ip);
 164         printk_address(regs->ip, 1);
 165         printk(KERN_DEFAULT "RSP: %04lx:%016lx  EFLAGS: %08lx\n", regs->ss,
 166                         regs->sp, regs->flags);
 167         printk(KERN_DEFAULT "RAX: %016lx RBX: %016lx RCX: %016lx\n",
 168                regs->ax, regs->bx, regs->cx);
 169         printk(KERN_DEFAULT "RDX: %016lx RSI: %016lx RDI: %016lx\n",
 170                regs->dx, regs->si, regs->di);
 171         printk(KERN_DEFAULT "RBP: %016lx R08: %016lx R09: %016lx\n",
 172                regs->bp, regs->r8, regs->r9);
 173         printk(KERN_DEFAULT "R10: %016lx R11: %016lx R12: %016lx\n",
 174                regs->r10, regs->r11, regs->r12);
 175         printk(KERN_DEFAULT "R13: %016lx R14: %016lx R15: %016lx\n",
 176                regs->r13, regs->r14, regs->r15);
 177
 178         asm("movl %%ds,%0" : "=r" (ds));
 179         asm("movl %%cs,%0" : "=r" (cs));
 180         asm("movl %%es,%0" : "=r" (es));
 181         asm("movl %%fs,%0" : "=r" (fsindex));
 182         asm("movl %%gs,%0" : "=r" (gsindex));
 183
 184         rdmsrl(MSR_FS_BASE, fs);
 185         rdmsrl(MSR_GS_BASE, gs);
 186         rdmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, shadowgs);
 187
 188         if (!all)
 189                 return;
 190
 191         cr0 = read_cr0();
 192         cr2 = read_cr2();
 193         cr3 = read_cr3();
 194         cr4 = read_cr4();
 195
 196         printk(KERN_DEFAULT "FS:  %016lx(%04x) GS:%016lx(%04x) knlGS:%016lx\n",
 197                fs, fsindex, gs, gsindex, shadowgs);
 198         printk(KERN_DEFAULT "CS:  %04x DS: %04x ES: %04x CR0: %016lx\n", cs, ds,
 199                         es, cr0);
 200         printk(KERN_DEFAULT "CR2: %016lx CR3: %016lx CR4: %016lx\n", cr2, cr3,
 201                         cr4);
 202
 203         get_debugreg(d0, 0);
 204         get_debugreg(d1, 1);
 205         get_debugreg(d2, 2);
 206         printk(KERN_DEFAULT "DR0: %016lx DR1: %016lx DR2: %016lx\n", d0, d1, d2);
 207         get_debugreg(d3, 3);
 208         get_debugreg(d6, 6);
 209         get_debugreg(d7, 7);
 210         printk(KERN_DEFAULT "DR3: %016lx DR6: %016lx DR7: %016lx\n", d3, d6, d7);
 211 }
 212
 213 void release_thread(struct task_struct *dead_task)
 214 {
 215         if (dead_task->mm) {
 216                 if (dead_task->mm->context.size) {
 217                         printk("WARNING: dead process %8s still has LDT? <%p/%d>\n",
 218                                         dead_task->comm,
 219                                         dead_task->mm->context.ldt,
 220                                         dead_task->mm->context.size);
 221                         BUG();
 222                 }
 223         }
 224 }
 225
 226 static inline void set_32bit_tls(struct task_struct *t, int tls, u32 addr)
 227 {
 228         struct user_desc ud = {
 229                 .base_addr = addr,
 230                 .limit = 0xfffff,
 231                 .seg_32bit = 1,
 232                 .limit_in_pages = 1,
 233                 .useable = 1,
 234         };
 235         struct desc_struct *desc = t->thread.tls_array;
 236         desc += tls;
 237         fill_ldt(desc, &ud);
 238 }
 239
 240 static inline u32 read_32bit_tls(struct task_struct *t, int tls)
 241 {
 242         return get_desc_base(&t->thread.tls_array[tls]);
 243 }
 244
 245 /*
 246  * This gets called before we allocate a new thread and copy
 247  * the current task into it.
 248  */
 249 void prepare_to_copy(struct task_struct *tsk)
 250 {
 251         unlazy_fpu(tsk);
 252 }
 253
 254 int copy_thread(unsigned long clone_flags, unsigned long sp,
 255                 unsigned long unused,
 256         struct task_struct *p, struct pt_regs *regs)
 257 {
 258         int err;
 259         struct pt_regs *childregs;
 260         struct task_struct *me = current;
 261
 262         childregs = ((struct pt_regs *)
 263                         (THREAD_SIZE + task_stack_page(p))) - 1;
 264         *childregs = *regs;
 265
 266         childregs->ax = 0;
 267         if (user_mode(regs))
 268                 childregs->sp = sp;
 269         else
 270                 childregs->sp = (unsigned long)childregs;
 271
 272         p->thread.sp = (unsigned long) childregs;
 273         p->thread.sp0 = (unsigned long) (childregs+1);
 274         p->thread.usersp = me->thread.usersp;
 275
 276         set_tsk_thread_flag(p, TIF_FORK);
 277
 278         p->thread.io_bitmap_ptr = NULL;
 279
 280         savesegment(gs, p->thread.gsindex);
 281         p->thread.gs = p->thread.gsindex ? 0 : me->thread.gs;
 282         savesegment(fs, p->thread.fsindex);
 283         p->thread.fs = p->thread.fsindex ? 0 : me->thread.fs;
 284         savesegment(es, p->thread.es);
 285         savesegment(ds, p->thread.ds);
 286
 287         err = -ENOMEM;
 288         memset(p->thread.ptrace_bps, 0, sizeof(p->thread.ptrace_bps));
 289
 290         if (unlikely(test_tsk_thread_flag(me, TIF_IO_BITMAP))) {
 291                 p->thread.io_bitmap_ptr = kmalloc(IO_BITMAP_BYTES, GFP_KERNEL);
 292                 if (!p->thread.io_bitmap_ptr) {
 293                         p->thread.io_bitmap_max = 0;
 294                         return -ENOMEM;
 295                 }
 296                 memcpy(p->thread.io_bitmap_ptr, me->thread.io_bitmap_ptr,
 297                                 IO_BITMAP_BYTES);
 298                 set_tsk_thread_flag(p, TIF_IO_BITMAP);
 299         }
 300
 301         /*
 302          * Set a new TLS for the child thread?
 303          */
 304         if (clone_flags & CLONE_SETTLS) {
 305 #ifdef CONFIG_IA32_EMULATION
 306                 if (test_thread_flag(TIF_IA32))
 307                         err = do_set_thread_area(p, -1,
 308                                 (struct user_desc __user *)childregs->si, 0);
 309                 else
 310 #endif
 311                         err = do_arch_prctl(p, ARCH_SET_FS, childregs->r8);
 312                 if (err)
 313                         goto out;
 314         }
 315         err = 0;
 316 out:
 317         if (err && p->thread.io_bitmap_ptr) {
 318                 kfree(p->thread.io_bitmap_ptr);
 319                 p->thread.io_bitmap_max = 0;
 320         }
 321
 322         return err;
 323 }
 324
 325 static void
 326 start_thread_common(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip,
 327                     unsigned long new_sp,
 328                     unsigned int _cs, unsigned int _ss, unsigned int _ds)
 329 {
 330         loadsegment(fs, 0);
 331         loadsegment(es, _ds);
 332         loadsegment(ds, _ds);
 333         load_gs_index(0);
 334         regs->ip                = new_ip;
 335         regs->sp                = new_sp;
 336         percpu_write(old_rsp, new_sp);
 337         regs->cs                = _cs;
 338         regs->ss                = _ss;
 339         regs->flags             = X86_EFLAGS_IF;
 340         set_fs(USER_DS);
 341         /*
 342          * Free the old FP and other extended state
 343          */
 344         free_thread_xstate(current);
 345 }
 346
 347 void
 348 start_thread(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip, unsigned long new_sp)
 349 {
 350         start_thread_common(regs, new_ip, new_sp,
 351                             __USER_CS, __USER_DS, 0);
 352 }
 353
 354 #ifdef CONFIG_IA32_EMULATION
 355 void start_thread_ia32(struct pt_regs *regs, u32 new_ip, u32 new_sp)
 356 {
 357         start_thread_common(regs, new_ip, new_sp,
 358                             __USER32_CS, __USER32_DS, __USER32_DS);
 359 }
 360 #endif
 361
 362 /*
 363  *      switch_to(x,y) should switch tasks from x to y.
 364  *
 365  * This could still be optimized:
 366  * - fold all the options into a flag word and test it with a single test.
 367  * - could test fs/gs bitsliced
 368  *
 369  * Kprobes not supported here. Set the probe on schedule instead.
 370  * Function graph tracer not supported too.
 371  */
 372 __notrace_funcgraph struct task_struct *
 373 __switch_to(struct task_struct *prev_p, struct task_struct *next_p)
 374 {
 375         struct thread_struct *prev = &prev_p->thread;
 376         struct thread_struct *next = &next_p->thread;
 377         int cpu = smp_processor_id();
 378         struct tss_struct *tss = &per_cpu(init_tss, cpu);
 379         unsigned fsindex, gsindex;
 380         bool preload_fpu;
 381
 382         /*
 383          * If the task has used fpu the last 5 timeslices, just do a full
 384          * restore of the math state immediately to avoid the trap; the
 385          * chances of needing FPU soon are obviously high now
 386          */
 387         preload_fpu = tsk_used_math(next_p) && next_p->fpu_counter > 5;
 388
 389         /* we're going to use this soon, after a few expensive things */
 390         if (preload_fpu)
 391                 prefetch(next->xstate);
 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         /* Must be after DS reload */
 422         unlazy_fpu(prev_p);
 423
 424         /* Make sure cpu is ready for new context */
 425         if (preload_fpu)
 426                 clts();
 427
 428         /*
 429          * Leave lazy mode, flushing any hypercalls made here.
 430          * This must be done before restoring TLS segments so
 431          * the GDT and LDT are properly updated, and must be
 432          * done before math_state_restore, so the TS bit is up
 433          * to date.
 434          */
 435         arch_end_context_switch(next_p);
 436
 437         /*
 438          * Switch FS and GS.
 439          *
 440          * Segment register != 0 always requires a reload.  Also
 441          * reload when it has changed.  When prev process used 64bit
 442          * base always reload to avoid an information leak.
 443          */
 444         if (unlikely(fsindex | next->fsindex | prev->fs)) {
 445                 loadsegment(fs, next->fsindex);
 446                 /*
 447                  * Check if the user used a selector != 0; if yes
 448                  *  clear 64bit base, since overloaded base is always
 449                  *  mapped to the Null selector
 450                  */
 451                 if (fsindex)
 452                         prev->fs = 0;
 453         }
 454         /* when next process has a 64bit base use it */
 455         if (next->fs)
 456                 wrmsrl(MSR_FS_BASE, next->fs);
 457         prev->fsindex = fsindex;
 458
 459         if (unlikely(gsindex | next->gsindex | prev->gs)) {
 460                 load_gs_index(next->gsindex);
 461                 if (gsindex)
 462                         prev->gs = 0;
 463         }
 464         if (next->gs)
 465                 wrmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, next->gs);
 466         prev->gsindex = gsindex;
 467
 468         /*
 469          * Switch the PDA and FPU contexts.
 470          */
 471         prev->usersp = percpu_read(old_rsp);
 472         percpu_write(old_rsp, next->usersp);
 473         percpu_write(current_task, next_p);
 474
 475         percpu_write(kernel_stack,
 476                   (unsigned long)task_stack_page(next_p) +
 477                   THREAD_SIZE - KERNEL_STACK_OFFSET);
 478
 479         /*
 480          * Now maybe reload the debug registers and handle I/O bitmaps
 481          */
 482         if (unlikely(task_thread_info(next_p)->flags & _TIF_WORK_CTXSW_NEXT ||
 483                      task_thread_info(prev_p)->flags & _TIF_WORK_CTXSW_PREV))
 484                 __switch_to_xtra(prev_p, next_p, tss);
 485
 486         /*
 487          * Preload the FPU context, now that we've determined that the
 488          * task is likely to be using it.
 489          */
 490         if (preload_fpu)
 491                 __math_state_restore();
 492
 493         return prev_p;
 494 }
 495
 496 void set_personality_64bit(void)
 497 {
 498         /* inherit personality from parent */
 499
 500         /* Make sure to be in 64bit mode */
 501         clear_thread_flag(TIF_IA32);
 502
 503         /* TBD: overwrites user setup. Should have two bits.
 504            But 64bit processes have always behaved this way,
 505            so it's not too bad. The main problem is just that
 506            32bit childs are affected again. */
 507         current->personality &= ~READ_IMPLIES_EXEC;
 508 }
 509
 510 void set_personality_ia32(void)
 511 {
 512         /* inherit personality from parent */
 513
 514         /* Make sure to be in 32bit mode */
 515         set_thread_flag(TIF_IA32);
 516         current->personality |= force_personality32;
 517
 518         /* Prepare the first "return" to user space */
 519         current_thread_info()->status |= TS_COMPAT;
 520 }
 521
 522 unsigned long get_wchan(struct task_struct *p)
 523 {
 524         unsigned long stack;
 525         u64 fp, ip;
 526         int count = 0;
 527
 528         if (!p || p == current || p->state == TASK_RUNNING)
 529                 return 0;
 530         stack = (unsigned long)task_stack_page(p);
 531         if (p->thread.sp < stack || p->thread.sp >= stack+THREAD_SIZE)
 532                 return 0;
 533         fp = *(u64 *)(p->thread.sp);
 534         do {
 535                 if (fp < (unsigned long)stack ||
 536                     fp >= (unsigned long)stack+THREAD_SIZE)
 537                         return 0;
 538                 ip = *(u64 *)(fp+8);
 539                 if (!in_sched_functions(ip))
 540                         return ip;
 541                 fp = *(u64 *)fp;
 542         } while (count++ < 16);
 543         return 0;
 544 }
 545
 546 long do_arch_prctl(struct task_struct *task, int code, unsigned long addr)
 547 {
 548         int ret = 0;
 549         int doit = task == current;
 550         int cpu;
 551
 552         switch (code) {
 553         case ARCH_SET_GS:
 554                 if (addr >= TASK_SIZE_OF(task))
 555                         return -EPERM;
 556                 cpu = get_cpu();
 557                 /* handle small bases via the GDT because that's faster to
 558                    switch. */
 559                 if (addr <= 0xffffffff) {
 560                         set_32bit_tls(task, GS_TLS, addr);
 561                         if (doit) {
 562                                 load_TLS(&task->thread, cpu);
 563                                 load_gs_index(GS_TLS_SEL);
 564                         }
 565                         task->thread.gsindex = GS_TLS_SEL;
 566                         task->thread.gs = 0;
 567                 } else {
 568                         task->thread.gsindex = 0;
 569                         task->thread.gs = addr;
 570                         if (doit) {
 571                                 load_gs_index(0);
 572                                 ret = checking_wrmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, addr);
 573                         }
 574                 }
 575                 put_cpu();
 576                 break;
 577         case ARCH_SET_FS:
 578                 /* Not strictly needed for fs, but do it for symmetry
 579                    with gs */
 580                 if (addr >= TASK_SIZE_OF(task))
 581                         return -EPERM;
 582                 cpu = get_cpu();
 583                 /* handle small bases via the GDT because that's faster to
 584                    switch. */
 585                 if (addr <= 0xffffffff) {
 586                         set_32bit_tls(task, FS_TLS, addr);
 587                         if (doit) {
 588                                 load_TLS(&task->thread, cpu);
 589                                 loadsegment(fs, FS_TLS_SEL);
 590                         }
 591                         task->thread.fsindex = FS_TLS_SEL;
 592                         task->thread.fs = 0;
 593                 } else {
 594                         task->thread.fsindex = 0;
 595                         task->thread.fs = addr;
 596                         if (doit) {
 597                                 /* set the selector to 0 to not confuse
 598                                    __switch_to */
 599                                 loadsegment(fs, 0);
 600                                 ret = checking_wrmsrl(MSR_FS_BASE, addr);
 601                         }
 602                 }
 603                 put_cpu();
 604                 break;
 605         case ARCH_GET_FS: {
 606                 unsigned long base;
 607                 if (task->thread.fsindex == FS_TLS_SEL)
 608                         base = read_32bit_tls(task, FS_TLS);
 609                 else if (doit)
 610                         rdmsrl(MSR_FS_BASE, base);
 611                 else
 612                         base = task->thread.fs;
 613                 ret = put_user(base, (unsigned long __user *)addr);
 614                 break;
 615         }
 616         case ARCH_GET_GS: {
 617                 unsigned long base;
 618                 unsigned gsindex;
 619                 if (task->thread.gsindex == GS_TLS_SEL)
 620                         base = read_32bit_tls(task, GS_TLS);
 621                 else if (doit) {
 622                         savesegment(gs, gsindex);
 623                         if (gsindex)
 624                                 rdmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, base);
 625                         else
 626                                 base = task->thread.gs;
 627                 } else
 628                         base = task->thread.gs;
 629                 ret = put_user(base, (unsigned long __user *)addr);
 630                 break;
 631         }
 632
 633         default:
 634                 ret = -EINVAL;
 635                 break;
 636         }
 637
 638         return ret;
 639 }
 640
 641 long sys_arch_prctl(int code, unsigned long addr)
 642 {
 643         return do_arch_prctl(current, code, addr);
 644 }
 645
 646 unsigned long KSTK_ESP(struct task_struct *task)
 647 {
 648         return (test_tsk_thread_flag(task, TIF_IA32)) ?
 649                         (task_pt_regs(task)->sp) : ((task)->thread.usersp);
 650 }