arch/x86/mm/fault_32.c

   1 /*
   2  *  linux/arch/i386/mm/fault.c
   3  *
   4  *  Copyright (C) 1995  Linus Torvalds
   5  */
   6
   7 #include <linux/signal.h>
   8 #include <linux/sched.h>
   9 #include <linux/kernel.h>
  10 #include <linux/errno.h>
  11 #include <linux/string.h>
  12 #include <linux/types.h>
  13 #include <linux/ptrace.h>
  14 #include <linux/mman.h>
  15 #include <linux/mm.h>
  16 #include <linux/smp.h>
  17 #include <linux/interrupt.h>
  18 #include <linux/init.h>
  19 #include <linux/tty.h>
  20 #include <linux/vt_kern.h>              /* For unblank_screen() */
  21 #include <linux/highmem.h>
  22 #include <linux/bootmem.h>              /* for max_low_pfn */
  23 #include <linux/vmalloc.h>
  24 #include <linux/module.h>
  25 #include <linux/kprobes.h>
  26 #include <linux/uaccess.h>
  27 #include <linux/kdebug.h>
  28
  29 #include <asm/system.h>
  30 #include <asm/desc.h>
  31 #include <asm/segment.h>
  32
  33 extern void die(const char *,struct pt_regs *,long);
  34
  35 #ifdef CONFIG_KPROBES
  36 static inline int notify_page_fault(struct pt_regs *regs)
  37 {
  38         int ret = 0;
  39
  40         /* kprobe_running() needs smp_processor_id() */
  41         if (!user_mode_vm(regs)) {
  42                 preempt_disable();
  43                 if (kprobe_running() && kprobe_fault_handler(regs, 14))
  44                         ret = 1;
  45                 preempt_enable();
  46         }
  47
  48         return ret;
  49 }
  50 #else
  51 static inline int notify_page_fault(struct pt_regs *regs)
  52 {
  53         return 0;
  54 }
  55 #endif
  56
  57 /*
  58  * Return EIP plus the CS segment base.  The segment limit is also
  59  * adjusted, clamped to the kernel/user address space (whichever is
  60  * appropriate), and returned in *eip_limit.
  61  *
  62  * The segment is checked, because it might have been changed by another
  63  * task between the original faulting instruction and here.
  64  *
  65  * If CS is no longer a valid code segment, or if EIP is beyond the
  66  * limit, or if it is a kernel address when CS is not a kernel segment,
  67  * then the returned value will be greater than *eip_limit.
  68  *
  69  * This is slow, but is very rarely executed.
  70  */
  71 static inline unsigned long get_segment_eip(struct pt_regs *regs,
  72                                             unsigned long *eip_limit)
  73 {
  74         unsigned long ip = regs->ip;
  75         unsigned seg = regs->cs & 0xffff;
  76         u32 seg_ar, seg_limit, base, *desc;
  77
  78         /* Unlikely, but must come before segment checks. */
  79         if (unlikely(regs->flags & VM_MASK)) {
  80                 base = seg << 4;
  81                 *eip_limit = base + 0xffff;
  82                 return base + (ip & 0xffff);
  83         }
  84
  85         /* The standard kernel/user address space limit. */
  86         *eip_limit = user_mode(regs) ? USER_DS.seg : KERNEL_DS.seg;
  87
  88         /* By far the most common cases. */
  89         if (likely(SEGMENT_IS_FLAT_CODE(seg)))
  90                 return ip;
  91
  92         /* Check the segment exists, is within the current LDT/GDT size,
  93            that kernel/user (ring 0..3) has the appropriate privilege,
  94            that it's a code segment, and get the limit. */
  95         __asm__ ("larl %3,%0; lsll %3,%1"
  96                  : "=&r" (seg_ar), "=r" (seg_limit) : "0" (0), "rm" (seg));
  97         if ((~seg_ar & 0x9800) || ip > seg_limit) {
  98                 *eip_limit = 0;
  99                 return 1;        /* So that returned ip > *eip_limit. */
 100         }
 101
 102         /* Get the GDT/LDT descriptor base.
 103            When you look for races in this code remember that
 104            LDT and other horrors are only used in user space. */
 105         if (seg & (1<<2)) {
 106                 /* Must lock the LDT while reading it. */
 107                 mutex_lock(&current->mm->context.lock);
 108                 desc = current->mm->context.ldt;
 109                 desc = (void *)desc + (seg & ~7);
 110         } else {
 111                 /* Must disable preemption while reading the GDT. */
 112                 desc = (u32 *)get_cpu_gdt_table(get_cpu());
 113                 desc = (void *)desc + (seg & ~7);
 114         }
 115
 116         /* Decode the code segment base from the descriptor */
 117         base = get_desc_base((struct desc_struct *)desc);
 118
 119         if (seg & (1<<2)) {
 120                 mutex_unlock(&current->mm->context.lock);
 121         } else
 122                 put_cpu();
 123
 124         /* Adjust EIP and segment limit, and clamp at the kernel limit.
 125            It's legitimate for segments to wrap at 0xffffffff. */
 126         seg_limit += base;
 127         if (seg_limit < *eip_limit && seg_limit >= base)
 128                 *eip_limit = seg_limit;
 129         return ip + base;
 130 }
 131
 132 /*
 133  * Sometimes AMD Athlon/Opteron CPUs report invalid exceptions on prefetch.
 134  * Check that here and ignore it.
 135  */
 136 static int __is_prefetch(struct pt_regs *regs, unsigned long addr)
 137 {
 138         unsigned long limit;
 139         unsigned char *instr = (unsigned char *)get_segment_eip (regs, &limit);
 140         int scan_more = 1;
 141         int prefetch = 0;
 142         int i;
 143
 144         for (i = 0; scan_more && i < 15; i++) {
 145                 unsigned char opcode;
 146                 unsigned char instr_hi;
 147                 unsigned char instr_lo;
 148
 149                 if (instr > (unsigned char *)limit)
 150                         break;
 151                 if (probe_kernel_address(instr, opcode))
 152                         break;
 153
 154                 instr_hi = opcode & 0xf0;
 155                 instr_lo = opcode & 0x0f;
 156                 instr++;
 157
 158                 switch (instr_hi) {
 159                 case 0x20:
 160                 case 0x30:
 161                         /* Values 0x26,0x2E,0x36,0x3E are valid x86 prefixes. */
 162                         scan_more = ((instr_lo & 7) == 0x6);
 163                         break;
 164
 165                 case 0x60:
 166                         /* 0x64 thru 0x67 are valid prefixes in all modes. */
 167                         scan_more = (instr_lo & 0xC) == 0x4;
 168                         break;
 169                 case 0xF0:
 170                         /* 0xF0, 0xF2, and 0xF3 are valid prefixes */
 171                         scan_more = !instr_lo || (instr_lo>>1) == 1;
 172                         break;
 173                 case 0x00:
 174                         /* Prefetch instruction is 0x0F0D or 0x0F18 */
 175                         scan_more = 0;
 176                         if (instr > (unsigned char *)limit)
 177                                 break;
 178                         if (probe_kernel_address(instr, opcode))
 179                                 break;
 180                         prefetch = (instr_lo == 0xF) &&
 181                                 (opcode == 0x0D || opcode == 0x18);
 182                         break;
 183                 default:
 184                         scan_more = 0;
 185                         break;
 186                 }
 187         }
 188         return prefetch;
 189 }
 190
 191 static inline int is_prefetch(struct pt_regs *regs, unsigned long addr,
 192                               unsigned long error_code)
 193 {
 194         if (unlikely(boot_cpu_data.x86_vendor == X86_VENDOR_AMD &&
 195                      boot_cpu_data.x86 >= 6)) {
 196                 /* Catch an obscure case of prefetch inside an NX page. */
 197                 if (nx_enabled && (error_code & 16))
 198                         return 0;
 199                 return __is_prefetch(regs, addr);
 200         }
 201         return 0;
 202 }
 203
 204 static noinline void force_sig_info_fault(int si_signo, int si_code,
 205         unsigned long address, struct task_struct *tsk)
 206 {
 207         siginfo_t info;
 208
 209         info.si_signo = si_signo;
 210         info.si_errno = 0;
 211         info.si_code = si_code;
 212         info.si_addr = (void __user *)address;
 213         force_sig_info(si_signo, &info, tsk);
 214 }
 215
 216 void do_invalid_op(struct pt_regs *, unsigned long);
 217
 218 static inline pmd_t *vmalloc_sync_one(pgd_t *pgd, unsigned long address)
 219 {
 220         unsigned index = pgd_index(address);
 221         pgd_t *pgd_k;
 222         pud_t *pud, *pud_k;
 223         pmd_t *pmd, *pmd_k;
 224
 225         pgd += index;
 226         pgd_k = init_mm.pgd + index;
 227
 228         if (!pgd_present(*pgd_k))
 229                 return NULL;
 230
 231         /*
 232          * set_pgd(pgd, *pgd_k); here would be useless on PAE
 233          * and redundant with the set_pmd() on non-PAE. As would
 234          * set_pud.
 235          */
 236
 237         pud = pud_offset(pgd, address);
 238         pud_k = pud_offset(pgd_k, address);
 239         if (!pud_present(*pud_k))
 240                 return NULL;
 241
 242         pmd = pmd_offset(pud, address);
 243         pmd_k = pmd_offset(pud_k, address);
 244         if (!pmd_present(*pmd_k))
 245                 return NULL;
 246         if (!pmd_present(*pmd)) {
 247                 set_pmd(pmd, *pmd_k);
 248                 arch_flush_lazy_mmu_mode();
 249         } else
 250                 BUG_ON(pmd_page(*pmd) != pmd_page(*pmd_k));
 251         return pmd_k;
 252 }
 253
 254 /*
 255  * Handle a fault on the vmalloc or module mapping area
 256  *
 257  * This assumes no large pages in there.
 258  */
 259 static inline int vmalloc_fault(unsigned long address)
 260 {
 261         unsigned long pgd_paddr;
 262         pmd_t *pmd_k;
 263         pte_t *pte_k;
 264         /*
 265          * Synchronize this task's top level page-table
 266          * with the 'reference' page table.
 267          *
 268          * Do _not_ use "current" here. We might be inside
 269          * an interrupt in the middle of a task switch..
 270          */
 271         pgd_paddr = read_cr3();
 272         pmd_k = vmalloc_sync_one(__va(pgd_paddr), address);
 273         if (!pmd_k)
 274                 return -1;
 275         pte_k = pte_offset_kernel(pmd_k, address);
 276         if (!pte_present(*pte_k))
 277                 return -1;
 278         return 0;
 279 }
 280
 281 int show_unhandled_signals = 1;
 282
 283 /*
 284  * This routine handles page faults.  It determines the address,
 285  * and the problem, and then passes it off to one of the appropriate
 286  * routines.
 287  *
 288  * error_code:
 289  *      bit 0 == 0 means no page found, 1 means protection fault
 290  *      bit 1 == 0 means read, 1 means write
 291  *      bit 2 == 0 means kernel, 1 means user-mode
 292  *      bit 3 == 1 means use of reserved bit detected
 293  *      bit 4 == 1 means fault was an instruction fetch
 294  */
 295 void __kprobes do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
 296 {
 297         struct task_struct *tsk;
 298         struct mm_struct *mm;
 299         struct vm_area_struct * vma;
 300         unsigned long address;
 301         int write, si_code;
 302         int fault;
 303
 304         /*
 305          * We can fault from pretty much anywhere, with unknown IRQ state.
 306          */
 307         trace_hardirqs_fixup();
 308
 309         /* get the address */
 310         address = read_cr2();
 311
 312         tsk = current;
 313
 314         si_code = SEGV_MAPERR;
 315
 316         /*
 317          * We fault-in kernel-space virtual memory on-demand. The
 318          * 'reference' page table is init_mm.pgd.
 319          *
 320          * NOTE! We MUST NOT take any locks for this case. We may
 321          * be in an interrupt or a critical region, and should
 322          * only copy the information from the master page table,
 323          * nothing more.
 324          *
 325          * This verifies that the fault happens in kernel space
 326          * (error_code & 4) == 0, and that the fault was not a
 327          * protection error (error_code & 9) == 0.
 328          */
 329         if (unlikely(address >= TASK_SIZE)) {
 330                 if (!(error_code & 0x0000000d) && vmalloc_fault(address) >= 0)
 331                         return;
 332                 if (notify_page_fault(regs))
 333                         return;
 334                 /*
 335                  * Don't take the mm semaphore here. If we fixup a prefetch
 336                  * fault we could otherwise deadlock.
 337                  */
 338                 goto bad_area_nosemaphore;
 339         }
 340
 341         if (notify_page_fault(regs))
 342                 return;
 343
 344         /* It's safe to allow irq's after cr2 has been saved and the vmalloc
 345            fault has been handled. */
 346         if (regs->flags & (X86_EFLAGS_IF|VM_MASK))
 347                 local_irq_enable();
 348
 349         mm = tsk->mm;
 350
 351         /*
 352          * If we're in an interrupt, have no user context or are running in an
 353          * atomic region then we must not take the fault..
 354          */
 355         if (in_atomic() || !mm)
 356                 goto bad_area_nosemaphore;
 357
 358         /* When running in the kernel we expect faults to occur only to
 359          * addresses in user space.  All other faults represent errors in the
 360          * kernel and should generate an OOPS.  Unfortunately, in the case of an
 361          * erroneous fault occurring in a code path which already holds mmap_sem
 362          * we will deadlock attempting to validate the fault against the
 363          * address space.  Luckily the kernel only validly references user
 364          * space from well defined areas of code, which are listed in the
 365          * exceptions table.
 366          *
 367          * As the vast majority of faults will be valid we will only perform
 368          * the source reference check when there is a possibility of a deadlock.
 369          * Attempt to lock the address space, if we cannot we then validate the
 370          * source.  If this is invalid we can skip the address space check,
 371          * thus avoiding the deadlock.
 372          */
 373         if (!down_read_trylock(&mm->mmap_sem)) {
 374                 if ((error_code & 4) == 0 &&
 375                     !search_exception_tables(regs->ip))
 376                         goto bad_area_nosemaphore;
 377                 down_read(&mm->mmap_sem);
 378         }
 379
 380         vma = find_vma(mm, address);
 381         if (!vma)
 382                 goto bad_area;
 383         if (vma->vm_start <= address)
 384                 goto good_area;
 385         if (!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN))
 386                 goto bad_area;
 387         if (error_code & 4) {
 388                 /*
 389                  * Accessing the stack below %sp is always a bug.
 390                  * The large cushion allows instructions like enter
 391                  * and pusha to work.  ("enter $65535,$31" pushes
 392                  * 32 pointers and then decrements %sp by 65535.)
 393                  */
 394                 if (address + 65536 + 32 * sizeof(unsigned long) < regs->sp)
 395                         goto bad_area;
 396         }
 397         if (expand_stack(vma, address))
 398                 goto bad_area;
 399 /*
 400  * Ok, we have a good vm_area for this memory access, so
 401  * we can handle it..
 402  */
 403 good_area:
 404         si_code = SEGV_ACCERR;
 405         write = 0;
 406         switch (error_code & 3) {
 407                 default:        /* 3: write, present */
 408                                 /* fall through */
 409                 case 2:         /* write, not present */
 410                         if (!(vma->vm_flags & VM_WRITE))
 411                                 goto bad_area;
 412                         write++;
 413                         break;
 414                 case 1:         /* read, present */
 415                         goto bad_area;
 416                 case 0:         /* read, not present */
 417                         if (!(vma->vm_flags & (VM_READ | VM_EXEC | VM_WRITE)))
 418                                 goto bad_area;
 419         }
 420
 421  survive:
 422         /*
 423          * If for any reason at all we couldn't handle the fault,
 424          * make sure we exit gracefully rather than endlessly redo
 425          * the fault.
 426          */
 427         fault = handle_mm_fault(mm, vma, address, write);
 428         if (unlikely(fault & VM_FAULT_ERROR)) {
 429                 if (fault & VM_FAULT_OOM)
 430                         goto out_of_memory;
 431                 else if (fault & VM_FAULT_SIGBUS)
 432                         goto do_sigbus;
 433                 BUG();
 434         }
 435         if (fault & VM_FAULT_MAJOR)
 436                 tsk->maj_flt++;
 437         else
 438                 tsk->min_flt++;
 439
 440         /*
 441          * Did it hit the DOS screen memory VA from vm86 mode?
 442          */
 443         if (regs->flags & VM_MASK) {
 444                 unsigned long bit = (address - 0xA0000) >> PAGE_SHIFT;
 445                 if (bit < 32)
 446                         tsk->thread.screen_bitmap |= 1 << bit;
 447         }
 448         up_read(&mm->mmap_sem);
 449         return;
 450
 451 /*
 452  * Something tried to access memory that isn't in our memory map..
 453  * Fix it, but check if it's kernel or user first..
 454  */
 455 bad_area:
 456         up_read(&mm->mmap_sem);
 457
 458 bad_area_nosemaphore:
 459         /* User mode accesses just cause a SIGSEGV */
 460         if (error_code & 4) {
 461                 /*
 462                  * It's possible to have interrupts off here.
 463                  */
 464                 local_irq_enable();
 465
 466                 /*
 467                  * Valid to do another page fault here because this one came
 468                  * from user space.
 469                  */
 470                 if (is_prefetch(regs, address, error_code))
 471                         return;
 472
 473                 if (show_unhandled_signals && unhandled_signal(tsk, SIGSEGV) &&
 474                     printk_ratelimit()) {
 475                         printk("%s%s[%d]: segfault at %08lx ip %08lx "
 476                             "sp %08lx error %lx\n",
 477                             task_pid_nr(tsk) > 1 ? KERN_INFO : KERN_EMERG,
 478                             tsk->comm, task_pid_nr(tsk), address, regs->ip,
 479                             regs->sp, error_code);
 480                 }
 481                 tsk->thread.cr2 = address;
 482                 /* Kernel addresses are always protection faults */
 483                 tsk->thread.error_code = error_code | (address >= TASK_SIZE);
 484                 tsk->thread.trap_no = 14;
 485                 force_sig_info_fault(SIGSEGV, si_code, address, tsk);
 486                 return;
 487         }
 488
 489 #ifdef CONFIG_X86_F00F_BUG
 490         /*
 491          * Pentium F0 0F C7 C8 bug workaround.
 492          */
 493         if (boot_cpu_data.f00f_bug) {
 494                 unsigned long nr;
 495
 496                 nr = (address - idt_descr.address) >> 3;
 497
 498                 if (nr == 6) {
 499                         do_invalid_op(regs, 0);
 500                         return;
 501                 }
 502         }
 503 #endif
 504
 505 no_context:
 506         /* Are we prepared to handle this kernel fault?  */
 507         if (fixup_exception(regs))
 508                 return;
 509
 510         /*
 511          * Valid to do another page fault here, because if this fault
 512          * had been triggered by is_prefetch fixup_exception would have
 513          * handled it.
 514          */
 515         if (is_prefetch(regs, address, error_code))
 516                 return;
 517
 518 /*
 519  * Oops. The kernel tried to access some bad page. We'll have to
 520  * terminate things with extreme prejudice.
 521  */
 522
 523         bust_spinlocks(1);
 524
 525         if (oops_may_print()) {
 526                 __typeof__(pte_val(__pte(0))) page;
 527
 528 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 529                 if (error_code & 16) {
 530                         pte_t *pte = lookup_address(address);
 531
 532                         if (pte && pte_present(*pte) && !pte_exec_kernel(*pte))
 533                                 printk(KERN_CRIT "kernel tried to execute "
 534                                         "NX-protected page - exploit attempt? "
 535                                         "(uid: %d)\n", current->uid);
 536                 }
 537 #endif
 538                 if (address < PAGE_SIZE)
 539                         printk(KERN_ALERT "BUG: unable to handle kernel NULL "
 540                                         "pointer dereference");
 541                 else
 542                         printk(KERN_ALERT "BUG: unable to handle kernel paging"
 543                                         " request");
 544                 printk(" at virtual address %08lx\n",address);
 545                 printk(KERN_ALERT "printing ip: %08lx ", regs->ip);
 546
 547                 page = read_cr3();
 548                 page = ((__typeof__(page) *) __va(page))[address >> PGDIR_SHIFT];
 549 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 550                 printk("*pdpt = %016Lx ", page);
 551                 if ((page >> PAGE_SHIFT) < max_low_pfn
 552                     && page & _PAGE_PRESENT) {
 553                         page &= PAGE_MASK;
 554                         page = ((__typeof__(page) *) __va(page))[(address >> PMD_SHIFT)
 555                                                                  & (PTRS_PER_PMD - 1)];
 556                         printk(KERN_CONT "*pde = %016Lx ", page);
 557                         page &= ~_PAGE_NX;
 558                 }
 559 #else
 560                 printk("*pde = %08lx ", page);
 561 #endif
 562
 563                 /*
 564                  * We must not directly access the pte in the highpte
 565                  * case if the page table is located in highmem.
 566                  * And let's rather not kmap-atomic the pte, just in case
 567                  * it's allocated already.
 568                  */
 569                 if ((page >> PAGE_SHIFT) < max_low_pfn
 570                     && (page & _PAGE_PRESENT)
 571                     && !(page & _PAGE_PSE)) {
 572                         page &= PAGE_MASK;
 573                         page = ((__typeof__(page) *) __va(page))[(address >> PAGE_SHIFT)
 574                                                                  & (PTRS_PER_PTE - 1)];
 575                         printk("*pte = %0*Lx ", sizeof(page)*2, (u64)page);
 576                 }
 577
 578                 printk("\n");
 579         }
 580
 581         tsk->thread.cr2 = address;
 582         tsk->thread.trap_no = 14;
 583         tsk->thread.error_code = error_code;
 584         die("Oops", regs, error_code);
 585         bust_spinlocks(0);
 586         do_exit(SIGKILL);
 587
 588 /*
 589  * We ran out of memory, or some other thing happened to us that made
 590  * us unable to handle the page fault gracefully.
 591  */
 592 out_of_memory:
 593         up_read(&mm->mmap_sem);
 594         if (is_global_init(tsk)) {
 595                 yield();
 596                 down_read(&mm->mmap_sem);
 597                 goto survive;
 598         }
 599         printk("VM: killing process %s\n", tsk->comm);
 600         if (error_code & 4)
 601                 do_group_exit(SIGKILL);
 602         goto no_context;
 603
 604 do_sigbus:
 605         up_read(&mm->mmap_sem);
 606
 607         /* Kernel mode? Handle exceptions or die */
 608         if (!(error_code & 4))
 609                 goto no_context;
 610
 611         /* User space => ok to do another page fault */
 612         if (is_prefetch(regs, address, error_code))
 613                 return;
 614
 615         tsk->thread.cr2 = address;
 616         tsk->thread.error_code = error_code;
 617         tsk->thread.trap_no = 14;
 618         force_sig_info_fault(SIGBUS, BUS_ADRERR, address, tsk);
 619 }
 620
 621 void vmalloc_sync_all(void)
 622 {
 623         /*
 624          * Note that races in the updates of insync and start aren't
 625          * problematic: insync can only get set bits added, and updates to
 626          * start are only improving performance (without affecting correctness
 627          * if undone).
 628          */
 629         static DECLARE_BITMAP(insync, PTRS_PER_PGD);
 630         static unsigned long start = TASK_SIZE;
 631         unsigned long address;
 632
 633         if (SHARED_KERNEL_PMD)
 634                 return;
 635
 636         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE & ~PGDIR_MASK);
 637         for (address = start; address >= TASK_SIZE; address += PGDIR_SIZE) {
 638                 if (!test_bit(pgd_index(address), insync)) {
 639                         unsigned long flags;
 640                         struct page *page;
 641
 642                         spin_lock_irqsave(&pgd_lock, flags);
 643                         for (page = pgd_list; page; page =
 644                                         (struct page *)page->index)
 645                                 if (!vmalloc_sync_one(page_address(page),
 646                                                                 address)) {
 647                                         BUG_ON(page != pgd_list);
 648                                         break;
 649                                 }
 650                         spin_unlock_irqrestore(&pgd_lock, flags);
 651                         if (!page)
 652                                 set_bit(pgd_index(address), insync);
 653                 }
 654                 if (address == start && test_bit(pgd_index(address), insync))
 655                         start = address + PGDIR_SIZE;
 656         }
 657 }