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/signal.h>
  14 #include <linux/sched.h>
  15 #include <linux/kernel.h>
  16 #include <linux/errno.h>
  17 #include <linux/string.h>
  18 #include <linux/types.h>
  19 #include <linux/ptrace.h>
  20 #include <linux/mman.h>
  21 #include <linux/mm.h>
  22 #include <linux/smp.h>
  23 #include <linux/smp_lock.h>
  24 #include <linux/init.h>
  25 #include <linux/console.h>
  26 #include <linux/module.h>
  27 #include <linux/hardirq.h>
  28 #include <linux/kprobes.h>
  29
  30 #include <asm/system.h>
  31 #include <asm/uaccess.h>
  32 #include <asm/pgtable.h>
  33 #include <asm/kdebug.h>
  34 #include <asm/s390_ext.h>
  35
  36 #ifndef CONFIG_64BIT
  37 #define __FAIL_ADDR_MASK 0x7ffff000
  38 #define __FIXUP_MASK 0x7fffffff
  39 #define __SUBCODE_MASK 0x0200
  40 #define __PF_RES_FIELD 0ULL
  41 #else /* CONFIG_64BIT */
  42 #define __FAIL_ADDR_MASK -4096L
  43 #define __FIXUP_MASK ~0L
  44 #define __SUBCODE_MASK 0x0600
  45 #define __PF_RES_FIELD 0x8000000000000000ULL
  46 #endif /* CONFIG_64BIT */
  47
  48 #ifdef CONFIG_SYSCTL
  49 extern int sysctl_userprocess_debug;
  50 #endif
  51
  52 extern void die(const char *,struct pt_regs *,long);
  53
  54 #ifdef CONFIG_KPROBES
  55 static ATOMIC_NOTIFIER_HEAD(notify_page_fault_chain);
  56 int register_page_fault_notifier(struct notifier_block *nb)
  57 {
  58         return atomic_notifier_chain_register(&notify_page_fault_chain, nb);
  59 }
  60
  61 int unregister_page_fault_notifier(struct notifier_block *nb)
  62 {
  63         return atomic_notifier_chain_unregister(&notify_page_fault_chain, nb);
  64 }
  65
  66 static inline int notify_page_fault(enum die_val val, const char *str,
  67                         struct pt_regs *regs, long err, int trap, int sig)
  68 {
  69         struct die_args args = {
  70                 .regs = regs,
  71                 .str = str,
  72                 .err = err,
  73                 .trapnr = trap,
  74                 .signr = sig
  75         };
  76         return atomic_notifier_call_chain(&notify_page_fault_chain, val, &args);
  77 }
  78 #else
  79 static inline int notify_page_fault(enum die_val val, const char *str,
  80                         struct pt_regs *regs, long err, int trap, int sig)
  81 {
  82         return NOTIFY_DONE;
  83 }
  84 #endif
  85
  86
  87 /*
  88  * Unlock any spinlocks which will prevent us from getting the
  89  * message out.
  90  */
  91 void bust_spinlocks(int yes)
  92 {
  93         if (yes) {
  94                 oops_in_progress = 1;
  95         } else {
  96                 int loglevel_save = console_loglevel;
  97                 console_unblank();
  98                 oops_in_progress = 0;
  99                 /*
 100                  * OK, the message is on the console.  Now we call printk()
 101                  * without oops_in_progress set so that printk will give klogd
 102                  * a poke.  Hold onto your hats...
 103                  */
 104                 console_loglevel = 15;
 105                 printk(" ");
 106                 console_loglevel = loglevel_save;
 107         }
 108 }
 109
 110 /*
 111  * Check which address space is addressed by the access
 112  * register in S390_lowcore.exc_access_id.
 113  * Returns 1 for user space and 0 for kernel space.
 114  */
 115 static int __check_access_register(struct pt_regs *regs, int error_code)
 116 {
 117         int areg = S390_lowcore.exc_access_id;
 118
 119         if (areg == 0)
 120                 /* Access via access register 0 -> kernel address */
 121                 return 0;
 122         save_access_regs(current->thread.acrs);
 123         if (regs && areg < NUM_ACRS && current->thread.acrs[areg] <= 1)
 124                 /*
 125                  * access register contains 0 -> kernel address,
 126                  * access register contains 1 -> user space address
 127                  */
 128                 return current->thread.acrs[areg];
 129
 130         /* Something unhealthy was done with the access registers... */
 131         die("page fault via unknown access register", regs, error_code);
 132         do_exit(SIGKILL);
 133         return 0;
 134 }
 135
 136 /*
 137  * Check which address space the address belongs to.
 138  * May return 1 or 2 for user space and 0 for kernel space.
 139  * Returns 2 for user space in primary addressing mode with
 140  * CONFIG_S390_EXEC_PROTECT on and kernel parameter noexec=on.
 141  */
 142 static inline int check_user_space(struct pt_regs *regs, int error_code)
 143 {
 144         /*
 145          * The lowest two bits of S390_lowcore.trans_exc_code indicate
 146          * which paging table was used:
 147          *   0: Primary Segment Table Descriptor
 148          *   1: STD determined via access register
 149          *   2: Secondary Segment Table Descriptor
 150          *   3: Home Segment Table Descriptor
 151          */
 152         int descriptor = S390_lowcore.trans_exc_code & 3;
 153         if (unlikely(descriptor == 1))
 154                 return __check_access_register(regs, error_code);
 155         if (descriptor == 2)
 156                 return current->thread.mm_segment.ar4;
 157         return ((descriptor != 0) ^ (switch_amode)) << s390_noexec;
 158 }
 159
 160 /*
 161  * Send SIGSEGV to task.  This is an external routine
 162  * to keep the stack usage of do_page_fault small.
 163  */
 164 static void do_sigsegv(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code,
 165                        int si_code, unsigned long address)
 166 {
 167         struct siginfo si;
 168
 169 #if defined(CONFIG_SYSCTL) || defined(CONFIG_PROCESS_DEBUG)
 170 #if defined(CONFIG_SYSCTL)
 171         if (sysctl_userprocess_debug)
 172 #endif
 173         {
 174                 printk("User process fault: interruption code 0x%lX\n",
 175                        error_code);
 176                 printk("failing address: %lX\n", address);
 177                 show_regs(regs);
 178         }
 179 #endif
 180         si.si_signo = SIGSEGV;
 181         si.si_code = si_code;
 182         si.si_addr = (void __user *) address;
 183         force_sig_info(SIGSEGV, &si, current);
 184 }
 185
 186 #ifdef CONFIG_S390_EXEC_PROTECT
 187 extern long sys_sigreturn(struct pt_regs *regs);
 188 extern long sys_rt_sigreturn(struct pt_regs *regs);
 189 extern long sys32_sigreturn(struct pt_regs *regs);
 190 extern long sys32_rt_sigreturn(struct pt_regs *regs);
 191
 192 static inline void do_sigreturn(struct mm_struct *mm, struct pt_regs *regs,
 193                                 int rt)
 194 {
 195         up_read(&mm->mmap_sem);
 196         clear_tsk_thread_flag(current, TIF_SINGLE_STEP);
 197 #ifdef CONFIG_COMPAT
 198         if (test_tsk_thread_flag(current, TIF_31BIT)) {
 199                 if (rt)
 200                         sys32_rt_sigreturn(regs);
 201                 else
 202                         sys32_sigreturn(regs);
 203                 return;
 204         }
 205 #endif /* CONFIG_COMPAT */
 206         if (rt)
 207                 sys_rt_sigreturn(regs);
 208         else
 209                 sys_sigreturn(regs);
 210         return;
 211 }
 212
 213 static int signal_return(struct mm_struct *mm, struct pt_regs *regs,
 214                          unsigned long address, unsigned long error_code)
 215 {
 216         pgd_t *pgd;
 217         pmd_t *pmd;
 218         pte_t *pte;
 219         u16 *instruction;
 220         unsigned long pfn, uaddr = regs->psw.addr;
 221
 222         spin_lock(&mm->page_table_lock);
 223         pgd = pgd_offset(mm, uaddr);
 224         if (pgd_none(*pgd) || unlikely(pgd_bad(*pgd)))
 225                 goto out_fault;
 226         pmd = pmd_offset(pgd, uaddr);
 227         if (pmd_none(*pmd) || unlikely(pmd_bad(*pmd)))
 228                 goto out_fault;
 229         pte = pte_offset_map(pmd_offset(pgd_offset(mm, uaddr), uaddr), uaddr);
 230         if (!pte || !pte_present(*pte))
 231                 goto out_fault;
 232         pfn = pte_pfn(*pte);
 233         if (!pfn_valid(pfn))
 234                 goto out_fault;
 235         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
 236
 237         instruction = (u16 *) ((pfn << PAGE_SHIFT) + (uaddr & (PAGE_SIZE-1)));
 238         if (*instruction == 0x0a77)
 239                 do_sigreturn(mm, regs, 0);
 240         else if (*instruction == 0x0aad)
 241                 do_sigreturn(mm, regs, 1);
 242         else {
 243                 printk("- XXX - do_exception: task = %s, primary, NO EXEC "
 244                        "-> SIGSEGV\n", current->comm);
 245                 up_read(&mm->mmap_sem);
 246                 current->thread.prot_addr = address;
 247                 current->thread.trap_no = error_code;
 248                 do_sigsegv(regs, error_code, SEGV_MAPERR, address);
 249         }
 250         return 0;
 251 out_fault:
 252         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
 253         return -EFAULT;
 254 }
 255 #endif /* CONFIG_S390_EXEC_PROTECT */
 256
 257 /*
 258  * This routine handles page faults.  It determines the address,
 259  * and the problem, and then passes it off to one of the appropriate
 260  * routines.
 261  *
 262  * error_code:
 263  *   04       Protection           ->  Write-Protection  (suprression)
 264  *   10       Segment translation  ->  Not present       (nullification)
 265  *   11       Page translation     ->  Not present       (nullification)
 266  *   3b       Region third trans.  ->  Not present       (nullification)
 267  */
 268 static inline void __kprobes
 269 do_exception(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code, int is_protection)
 270 {
 271         struct task_struct *tsk;
 272         struct mm_struct *mm;
 273         struct vm_area_struct * vma;
 274         unsigned long address;
 275         int user_address;
 276         const struct exception_table_entry *fixup;
 277         int si_code = SEGV_MAPERR;
 278
 279         tsk = current;
 280         mm = tsk->mm;
 281
 282         if (notify_page_fault(DIE_PAGE_FAULT, "page fault", regs, error_code, 14,
 283                                         SIGSEGV) == NOTIFY_STOP)
 284                 return;
 285
 286         /*
 287          * Check for low-address protection.  This needs to be treated
 288          * as a special case because the translation exception code
 289          * field is not guaranteed to contain valid data in this case.
 290          */
 291         if (is_protection && !(S390_lowcore.trans_exc_code & 4)) {
 292
 293                 /* Low-address protection hit in kernel mode means
 294                    NULL pointer write access in kernel mode.  */
 295                 if (!(regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE)) {
 296                         address = 0;
 297                         user_address = 0;
 298                         goto no_context;
 299                 }
 300
 301                 /* Low-address protection hit in user mode 'cannot happen'.  */
 302                 die ("Low-address protection", regs, error_code);
 303                 do_exit(SIGKILL);
 304         }
 305
 306         /*
 307          * get the failing address
 308          * more specific the segment and page table portion of
 309          * the address
 310          */
 311         address = S390_lowcore.trans_exc_code & __FAIL_ADDR_MASK;
 312         user_address = check_user_space(regs, error_code);
 313
 314         /*
 315          * Verify that the fault happened in user space, that
 316          * we are not in an interrupt and that there is a
 317          * user context.
 318          */
 319         if (user_address == 0 || in_atomic() || !mm)
 320                 goto no_context;
 321
 322         /*
 323          * When we get here, the fault happened in the current
 324          * task's user address space, so we can switch on the
 325          * interrupts again and then search the VMAs
 326          */
 327         local_irq_enable();
 328
 329         down_read(&mm->mmap_sem);
 330
 331         vma = find_vma(mm, address);
 332         if (!vma)
 333                 goto bad_area;
 334
 335 #ifdef CONFIG_S390_EXEC_PROTECT
 336         if (unlikely((user_address == 2) && !(vma->vm_flags & VM_EXEC)))
 337                 if (!signal_return(mm, regs, address, error_code))
 338                         /*
 339                          * signal_return() has done an up_read(&mm->mmap_sem)
 340                          * if it returns 0.
 341                          */
 342                         return;
 343 #endif
 344
 345         if (vma->vm_start <= address)
 346                 goto good_area;
 347         if (!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN))
 348                 goto bad_area;
 349         if (expand_stack(vma, address))
 350                 goto bad_area;
 351 /*
 352  * Ok, we have a good vm_area for this memory access, so
 353  * we can handle it..
 354  */
 355 good_area:
 356         si_code = SEGV_ACCERR;
 357         if (!is_protection) {
 358                 /* page not present, check vm flags */
 359                 if (!(vma->vm_flags & (VM_READ | VM_EXEC | VM_WRITE)))
 360                         goto bad_area;
 361         } else {
 362                 if (!(vma->vm_flags & VM_WRITE))
 363                         goto bad_area;
 364         }
 365
 366 survive:
 367         /*
 368          * If for any reason at all we couldn't handle the fault,
 369          * make sure we exit gracefully rather than endlessly redo
 370          * the fault.
 371          */
 372         switch (handle_mm_fault(mm, vma, address, is_protection)) {
 373         case VM_FAULT_MINOR:
 374                 tsk->min_flt++;
 375                 break;
 376         case VM_FAULT_MAJOR:
 377                 tsk->maj_flt++;
 378                 break;
 379         case VM_FAULT_SIGBUS:
 380                 goto do_sigbus;
 381         case VM_FAULT_OOM:
 382                 goto out_of_memory;
 383         default:
 384                 BUG();
 385         }
 386
 387         up_read(&mm->mmap_sem);
 388         /*
 389          * The instruction that caused the program check will
 390          * be repeated. Don't signal single step via SIGTRAP.
 391          */
 392         clear_tsk_thread_flag(current, TIF_SINGLE_STEP);
 393         return;
 394
 395 /*
 396  * Something tried to access memory that isn't in our memory map..
 397  * Fix it, but check if it's kernel or user first..
 398  */
 399 bad_area:
 400         up_read(&mm->mmap_sem);
 401
 402         /* User mode accesses just cause a SIGSEGV */
 403         if (regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE) {
 404                 tsk->thread.prot_addr = address;
 405                 tsk->thread.trap_no = error_code;
 406                 do_sigsegv(regs, error_code, si_code, address);
 407                 return;
 408         }
 409
 410 no_context:
 411         /* Are we prepared to handle this kernel fault?  */
 412         fixup = search_exception_tables(regs->psw.addr & __FIXUP_MASK);
 413         if (fixup) {
 414                 regs->psw.addr = fixup->fixup | PSW_ADDR_AMODE;
 415                 return;
 416         }
 417
 418 /*
 419  * Oops. The kernel tried to access some bad page. We'll have to
 420  * terminate things with extreme prejudice.
 421  */
 422         if (user_address == 0)
 423                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel pointer dereference"
 424                        " at virtual kernel address %p\n", (void *)address);
 425         else
 426                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel paging request"
 427                        " at virtual user address %p\n", (void *)address);
 428
 429         die("Oops", regs, error_code);
 430         do_exit(SIGKILL);
 431
 432
 433 /*
 434  * We ran out of memory, or some other thing happened to us that made
 435  * us unable to handle the page fault gracefully.
 436 */
 437 out_of_memory:
 438         up_read(&mm->mmap_sem);
 439         if (is_init(tsk)) {
 440                 yield();
 441                 down_read(&mm->mmap_sem);
 442                 goto survive;
 443         }
 444         printk("VM: killing process %s\n", tsk->comm);
 445         if (regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE)
 446                 do_exit(SIGKILL);
 447         goto no_context;
 448
 449 do_sigbus:
 450         up_read(&mm->mmap_sem);
 451
 452         /*
 453          * Send a sigbus, regardless of whether we were in kernel
 454          * or user mode.
 455          */
 456         tsk->thread.prot_addr = address;
 457         tsk->thread.trap_no = error_code;
 458         force_sig(SIGBUS, tsk);
 459
 460         /* Kernel mode? Handle exceptions or die */
 461         if (!(regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE))
 462                 goto no_context;
 463 }
 464
 465 void do_protection_exception(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
 466 {
 467         regs->psw.addr -= (error_code >> 16);
 468         do_exception(regs, 4, 1);
 469 }
 470
 471 void do_dat_exception(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
 472 {
 473         do_exception(regs, error_code & 0xff, 0);
 474 }
 475
 476 #ifdef CONFIG_PFAULT
 477 /*
 478  * 'pfault' pseudo page faults routines.
 479  */
 480 static ext_int_info_t ext_int_pfault;
 481 static int pfault_disable = 0;
 482
 483 static int __init nopfault(char *str)
 484 {
 485         pfault_disable = 1;
 486         return 1;
 487 }
 488
 489 __setup("nopfault", nopfault);
 490
 491 typedef struct {
 492         __u16 refdiagc;
 493         __u16 reffcode;
 494         __u16 refdwlen;
 495         __u16 refversn;
 496         __u64 refgaddr;
 497         __u64 refselmk;
 498         __u64 refcmpmk;
 499         __u64 reserved;
 500 } __attribute__ ((packed)) pfault_refbk_t;
 501
 502 int pfault_init(void)
 503 {
 504         pfault_refbk_t refbk =
 505                 { 0x258, 0, 5, 2, __LC_CURRENT, 1ULL << 48, 1ULL << 48,
 506                   __PF_RES_FIELD };
 507         int rc;
 508
 509         if (!MACHINE_IS_VM || pfault_disable)
 510                 return -1;
 511         asm volatile(
 512                 "       diag    %1,%0,0x258\n"
 513                 "0:     j       2f\n"
 514                 "1:     la      %0,8\n"
 515                 "2:\n"
 516                 EX_TABLE(0b,1b)
 517                 : "=d" (rc) : "a" (&refbk), "m" (refbk) : "cc");
 518         __ctl_set_bit(0, 9);
 519         return rc;
 520 }
 521
 522 void pfault_fini(void)
 523 {
 524         pfault_refbk_t refbk =
 525         { 0x258, 1, 5, 2, 0ULL, 0ULL, 0ULL, 0ULL };
 526
 527         if (!MACHINE_IS_VM || pfault_disable)
 528                 return;
 529         __ctl_clear_bit(0,9);
 530         asm volatile(
 531                 "       diag    %0,0,0x258\n"
 532                 "0:\n"
 533                 EX_TABLE(0b,0b)
 534                 : : "a" (&refbk), "m" (refbk) : "cc");
 535 }
 536
 537 static void pfault_interrupt(__u16 error_code)
 538 {
 539         struct task_struct *tsk;
 540         __u16 subcode;
 541
 542         /*
 543          * Get the external interruption subcode & pfault
 544          * initial/completion signal bit. VM stores this
 545          * in the 'cpu address' field associated with the
 546          * external interrupt.
 547          */
 548         subcode = S390_lowcore.cpu_addr;
 549         if ((subcode & 0xff00) != __SUBCODE_MASK)
 550                 return;
 551
 552         /*
 553          * Get the token (= address of the task structure of the affected task).
 554          */
 555         tsk = *(struct task_struct **) __LC_PFAULT_INTPARM;
 556
 557         if (subcode & 0x0080) {
 558                 /* signal bit is set -> a page has been swapped in by VM */
 559                 if (xchg(&tsk->thread.pfault_wait, -1) != 0) {
 560                         /* Initial interrupt was faster than the completion
 561                          * interrupt. pfault_wait is valid. Set pfault_wait
 562                          * back to zero and wake up the process. This can
 563                          * safely be done because the task is still sleeping
 564                          * and can't produce new pfaults. */
 565                         tsk->thread.pfault_wait = 0;
 566                         wake_up_process(tsk);
 567                         put_task_struct(tsk);
 568                 }
 569         } else {
 570                 /* signal bit not set -> a real page is missing. */
 571                 get_task_struct(tsk);
 572                 set_task_state(tsk, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 573                 if (xchg(&tsk->thread.pfault_wait, 1) != 0) {
 574                         /* Completion interrupt was faster than the initial
 575                          * interrupt (swapped in a -1 for pfault_wait). Set
 576                          * pfault_wait back to zero and exit. This can be
 577                          * done safely because tsk is running in kernel
 578                          * mode and can't produce new pfaults. */
 579                         tsk->thread.pfault_wait = 0;
 580                         set_task_state(tsk, TASK_RUNNING);
 581                         put_task_struct(tsk);
 582                 } else
 583                         set_tsk_need_resched(tsk);
 584         }
 585 }
 586
 587 void __init pfault_irq_init(void)
 588 {
 589         if (!MACHINE_IS_VM)
 590                 return;
 591
 592         /*
 593          * Try to get pfault pseudo page faults going.
 594          */
 595         if (register_early_external_interrupt(0x2603, pfault_interrupt,
 596                                               &ext_int_pfault) != 0)
 597                 panic("Couldn't request external interrupt 0x2603");
 598
 599         if (pfault_init() == 0)
 600                 return;
 601
 602         /* Tough luck, no pfault. */
 603         pfault_disable = 1;
 604         unregister_early_external_interrupt(0x2603, pfault_interrupt,
 605                                             &ext_int_pfault);
 606 }
 607 #endif