b76b38ff962b709fd317e8590a0ac835f11f58fd
[cascardo/linux.git] / arch / x86 / kernel / process_32.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
8 /*
9  * This file handles the architecture-dependent parts of process handling..
10  */
11
12 #include <stdarg.h>
13
14 #include <linux/cpu.h>
15 #include <linux/errno.h>
16 #include <linux/sched.h>
17 #include <linux/fs.h>
18 #include <linux/kernel.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/elfcore.h>
21 #include <linux/smp.h>
22 #include <linux/stddef.h>
23 #include <linux/slab.h>
24 #include <linux/vmalloc.h>
25 #include <linux/user.h>
26 #include <linux/interrupt.h>
27 #include <linux/utsname.h>
28 #include <linux/delay.h>
29 #include <linux/reboot.h>
30 #include <linux/init.h>
31 #include <linux/mc146818rtc.h>
32 #include <linux/module.h>
33 #include <linux/kallsyms.h>
34 #include <linux/ptrace.h>
35 #include <linux/random.h>
36 #include <linux/personality.h>
37 #include <linux/tick.h>
38 #include <linux/percpu.h>
39 #include <linux/prctl.h>
40
41 #include <asm/uaccess.h>
42 #include <asm/pgtable.h>
43 #include <asm/system.h>
44 #include <asm/io.h>
45 #include <asm/ldt.h>
46 #include <asm/processor.h>
47 #include <asm/i387.h>
48 #include <asm/desc.h>
49 #ifdef CONFIG_MATH_EMULATION
50 #include <asm/math_emu.h>
51 #endif
52
53 #include <linux/err.h>
54
55 #include <asm/tlbflush.h>
56 #include <asm/cpu.h>
57 #include <asm/kdebug.h>
58
59 asmlinkage void ret_from_fork(void) __asm__("ret_from_fork");
60
61 DEFINE_PER_CPU(struct task_struct *, current_task) = &init_task;
62 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(current_task);
63
64 DEFINE_PER_CPU(int, cpu_number);
65 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(cpu_number);
66
67 /*
68  * Return saved PC of a blocked thread.
69  */
70 unsigned long thread_saved_pc(struct task_struct *tsk)
71 {
72         return ((unsigned long *)tsk->thread.sp)[3];
73 }
74
75 #ifndef CONFIG_SMP
76 static inline void play_dead(void)
77 {
78         BUG();
79 }
80 #endif
81
82 /*
83  * The idle thread. There's no useful work to be
84  * done, so just try to conserve power and have a
85  * low exit latency (ie sit in a loop waiting for
86  * somebody to say that they'd like to reschedule)
87  */
88 void cpu_idle(void)
89 {
90         int cpu = smp_processor_id();
91
92         current_thread_info()->status |= TS_POLLING;
93
94         /* endless idle loop with no priority at all */
95         while (1) {
96                 tick_nohz_stop_sched_tick(1);
97                 while (!need_resched()) {
98
99                         check_pgt_cache();
100                         rmb();
101
102                         if (rcu_pending(cpu))
103                                 rcu_check_callbacks(cpu, 0);
104
105                         if (cpu_is_offline(cpu))
106                                 play_dead();
107
108                         local_irq_disable();
109                         __get_cpu_var(irq_stat).idle_timestamp = jiffies;
110                         /* Don't trace irqs off for idle */
111                         stop_critical_timings();
112                         pm_idle();
113                         start_critical_timings();
114                 }
115                 tick_nohz_restart_sched_tick();
116                 preempt_enable_no_resched();
117                 schedule();
118                 preempt_disable();
119         }
120 }
121
122 void __show_registers(struct pt_regs *regs, int all)
123 {
124         unsigned long cr0 = 0L, cr2 = 0L, cr3 = 0L, cr4 = 0L;
125         unsigned long d0, d1, d2, d3, d6, d7;
126         unsigned long sp;
127         unsigned short ss, gs;
128
129         if (user_mode_vm(regs)) {
130                 sp = regs->sp;
131                 ss = regs->ss & 0xffff;
132                 savesegment(gs, gs);
133         } else {
134                 sp = (unsigned long) (&regs->sp);
135                 savesegment(ss, ss);
136                 savesegment(gs, gs);
137         }
138
139         printk("\n");
140         printk("Pid: %d, comm: %s %s (%s %.*s)\n",
141                         task_pid_nr(current), current->comm,
142                         print_tainted(), init_utsname()->release,
143                         (int)strcspn(init_utsname()->version, " "),
144                         init_utsname()->version);
145
146         printk("EIP: %04x:[<%08lx>] EFLAGS: %08lx CPU: %d\n",
147                         (u16)regs->cs, regs->ip, regs->flags,
148                         smp_processor_id());
149         print_symbol("EIP is at %s\n", regs->ip);
150
151         printk("EAX: %08lx EBX: %08lx ECX: %08lx EDX: %08lx\n",
152                 regs->ax, regs->bx, regs->cx, regs->dx);
153         printk("ESI: %08lx EDI: %08lx EBP: %08lx ESP: %08lx\n",
154                 regs->si, regs->di, regs->bp, sp);
155         printk(" DS: %04x ES: %04x FS: %04x GS: %04x SS: %04x\n",
156                (u16)regs->ds, (u16)regs->es, (u16)regs->fs, gs, ss);
157
158         if (!all)
159                 return;
160
161         cr0 = read_cr0();
162         cr2 = read_cr2();
163         cr3 = read_cr3();
164         cr4 = read_cr4_safe();
165         printk("CR0: %08lx CR2: %08lx CR3: %08lx CR4: %08lx\n",
166                         cr0, cr2, cr3, cr4);
167
168         get_debugreg(d0, 0);
169         get_debugreg(d1, 1);
170         get_debugreg(d2, 2);
171         get_debugreg(d3, 3);
172         printk("DR0: %08lx DR1: %08lx DR2: %08lx DR3: %08lx\n",
173                         d0, d1, d2, d3);
174
175         get_debugreg(d6, 6);
176         get_debugreg(d7, 7);
177         printk("DR6: %08lx DR7: %08lx\n",
178                         d6, d7);
179 }
180
181 void show_regs(struct pt_regs *regs)
182 {
183         __show_registers(regs, 1);
184         show_trace(NULL, regs, &regs->sp, regs->bp);
185 }
186
187 /*
188  * This gets run with %bx containing the
189  * function to call, and %dx containing
190  * the "args".
191  */
192 extern void kernel_thread_helper(void);
193
194 /*
195  * Create a kernel thread
196  */
197 int kernel_thread(int (*fn)(void *), void * arg, unsigned long flags)
198 {
199         struct pt_regs regs;
200
201         memset(&regs, 0, sizeof(regs));
202
203         regs.bx = (unsigned long) fn;
204         regs.dx = (unsigned long) arg;
205
206         regs.ds = __USER_DS;
207         regs.es = __USER_DS;
208         regs.fs = __KERNEL_PERCPU;
209         regs.orig_ax = -1;
210         regs.ip = (unsigned long) kernel_thread_helper;
211         regs.cs = __KERNEL_CS | get_kernel_rpl();
212         regs.flags = X86_EFLAGS_IF | X86_EFLAGS_SF | X86_EFLAGS_PF | 0x2;
213
214         /* Ok, create the new process.. */
215         return do_fork(flags | CLONE_VM | CLONE_UNTRACED, 0, &regs, 0, NULL, NULL);
216 }
217 EXPORT_SYMBOL(kernel_thread);
218
219 /*
220  * Free current thread data structures etc..
221  */
222 void exit_thread(void)
223 {
224         /* The process may have allocated an io port bitmap... nuke it. */
225         if (unlikely(test_thread_flag(TIF_IO_BITMAP))) {
226                 struct task_struct *tsk = current;
227                 struct thread_struct *t = &tsk->thread;
228                 int cpu = get_cpu();
229                 struct tss_struct *tss = &per_cpu(init_tss, cpu);
230
231                 kfree(t->io_bitmap_ptr);
232                 t->io_bitmap_ptr = NULL;
233                 clear_thread_flag(TIF_IO_BITMAP);
234                 /*
235                  * Careful, clear this in the TSS too:
236                  */
237                 memset(tss->io_bitmap, 0xff, tss->io_bitmap_max);
238                 t->io_bitmap_max = 0;
239                 tss->io_bitmap_owner = NULL;
240                 tss->io_bitmap_max = 0;
241                 tss->x86_tss.io_bitmap_base = INVALID_IO_BITMAP_OFFSET;
242                 put_cpu();
243         }
244 }
245
246 void flush_thread(void)
247 {
248         struct task_struct *tsk = current;
249
250         tsk->thread.debugreg0 = 0;
251         tsk->thread.debugreg1 = 0;
252         tsk->thread.debugreg2 = 0;
253         tsk->thread.debugreg3 = 0;
254         tsk->thread.debugreg6 = 0;
255         tsk->thread.debugreg7 = 0;
256         memset(tsk->thread.tls_array, 0, sizeof(tsk->thread.tls_array));        
257         clear_tsk_thread_flag(tsk, TIF_DEBUG);
258         /*
259          * Forget coprocessor state..
260          */
261         tsk->fpu_counter = 0;
262         clear_fpu(tsk);
263         clear_used_math();
264 }
265
266 void release_thread(struct task_struct *dead_task)
267 {
268         BUG_ON(dead_task->mm);
269         release_vm86_irqs(dead_task);
270 }
271
272 /*
273  * This gets called before we allocate a new thread and copy
274  * the current task into it.
275  */
276 void prepare_to_copy(struct task_struct *tsk)
277 {
278         unlazy_fpu(tsk);
279 }
280
281 int copy_thread(int nr, unsigned long clone_flags, unsigned long sp,
282         unsigned long unused,
283         struct task_struct * p, struct pt_regs * regs)
284 {
285         struct pt_regs * childregs;
286         struct task_struct *tsk;
287         int err;
288
289         childregs = task_pt_regs(p);
290         *childregs = *regs;
291         childregs->ax = 0;
292         childregs->sp = sp;
293
294         p->thread.sp = (unsigned long) childregs;
295         p->thread.sp0 = (unsigned long) (childregs+1);
296
297         p->thread.ip = (unsigned long) ret_from_fork;
298
299         savesegment(gs, p->thread.gs);
300
301         tsk = current;
302         if (unlikely(test_tsk_thread_flag(tsk, TIF_IO_BITMAP))) {
303                 p->thread.io_bitmap_ptr = kmemdup(tsk->thread.io_bitmap_ptr,
304                                                 IO_BITMAP_BYTES, GFP_KERNEL);
305                 if (!p->thread.io_bitmap_ptr) {
306                         p->thread.io_bitmap_max = 0;
307                         return -ENOMEM;
308                 }
309                 set_tsk_thread_flag(p, TIF_IO_BITMAP);
310         }
311
312         err = 0;
313
314         /*
315          * Set a new TLS for the child thread?
316          */
317         if (clone_flags & CLONE_SETTLS)
318                 err = do_set_thread_area(p, -1,
319                         (struct user_desc __user *)childregs->si, 0);
320
321         if (err && p->thread.io_bitmap_ptr) {
322                 kfree(p->thread.io_bitmap_ptr);
323                 p->thread.io_bitmap_max = 0;
324         }
325         return err;
326 }
327
328 void
329 start_thread(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip, unsigned long new_sp)
330 {
331         __asm__("movl %0, %%gs" :: "r"(0));
332         regs->fs                = 0;
333         set_fs(USER_DS);
334         regs->ds                = __USER_DS;
335         regs->es                = __USER_DS;
336         regs->ss                = __USER_DS;
337         regs->cs                = __USER_CS;
338         regs->ip                = new_ip;
339         regs->sp                = new_sp;
340         /*
341          * Free the old FP and other extended state
342          */
343         free_thread_xstate(current);
344 }
345 EXPORT_SYMBOL_GPL(start_thread);
346
347 static void hard_disable_TSC(void)
348 {
349         write_cr4(read_cr4() | X86_CR4_TSD);
350 }
351
352 void disable_TSC(void)
353 {
354         preempt_disable();
355         if (!test_and_set_thread_flag(TIF_NOTSC))
356                 /*
357                  * Must flip the CPU state synchronously with
358                  * TIF_NOTSC in the current running context.
359                  */
360                 hard_disable_TSC();
361         preempt_enable();
362 }
363
364 static void hard_enable_TSC(void)
365 {
366         write_cr4(read_cr4() & ~X86_CR4_TSD);
367 }
368
369 static void enable_TSC(void)
370 {
371         preempt_disable();
372         if (test_and_clear_thread_flag(TIF_NOTSC))
373                 /*
374                  * Must flip the CPU state synchronously with
375                  * TIF_NOTSC in the current running context.
376                  */
377                 hard_enable_TSC();
378         preempt_enable();
379 }
380
381 int get_tsc_mode(unsigned long adr)
382 {
383         unsigned int val;
384
385         if (test_thread_flag(TIF_NOTSC))
386                 val = PR_TSC_SIGSEGV;
387         else
388                 val = PR_TSC_ENABLE;
389
390         return put_user(val, (unsigned int __user *)adr);
391 }
392
393 int set_tsc_mode(unsigned int val)
394 {
395         if (val == PR_TSC_SIGSEGV)
396                 disable_TSC();
397         else if (val == PR_TSC_ENABLE)
398                 enable_TSC();
399         else
400                 return -EINVAL;
401
402         return 0;
403 }
404
405 static noinline void
406 __switch_to_xtra(struct task_struct *prev_p, struct task_struct *next_p,
407                  struct tss_struct *tss)
408 {
409         struct thread_struct *prev, *next;
410         unsigned long debugctl;
411
412         prev = &prev_p->thread;
413         next = &next_p->thread;
414
415         debugctl = prev->debugctlmsr;
416         if (next->ds_area_msr != prev->ds_area_msr) {
417                 /* we clear debugctl to make sure DS
418                  * is not in use when we change it */
419                 debugctl = 0;
420                 update_debugctlmsr(0);
421                 wrmsr(MSR_IA32_DS_AREA, next->ds_area_msr, 0);
422         }
423
424         if (next->debugctlmsr != debugctl)
425                 update_debugctlmsr(next->debugctlmsr);
426
427         if (test_tsk_thread_flag(next_p, TIF_DEBUG)) {
428                 set_debugreg(next->debugreg0, 0);
429                 set_debugreg(next->debugreg1, 1);
430                 set_debugreg(next->debugreg2, 2);
431                 set_debugreg(next->debugreg3, 3);
432                 /* no 4 and 5 */
433                 set_debugreg(next->debugreg6, 6);
434                 set_debugreg(next->debugreg7, 7);
435         }
436
437         if (test_tsk_thread_flag(prev_p, TIF_NOTSC) ^
438             test_tsk_thread_flag(next_p, TIF_NOTSC)) {
439                 /* prev and next are different */
440                 if (test_tsk_thread_flag(next_p, TIF_NOTSC))
441                         hard_disable_TSC();
442                 else
443                         hard_enable_TSC();
444         }
445
446 #ifdef X86_BTS
447         if (test_tsk_thread_flag(prev_p, TIF_BTS_TRACE_TS))
448                 ptrace_bts_take_timestamp(prev_p, BTS_TASK_DEPARTS);
449
450         if (test_tsk_thread_flag(next_p, TIF_BTS_TRACE_TS))
451                 ptrace_bts_take_timestamp(next_p, BTS_TASK_ARRIVES);
452 #endif
453
454
455         if (!test_tsk_thread_flag(next_p, TIF_IO_BITMAP)) {
456                 /*
457                  * Disable the bitmap via an invalid offset. We still cache
458                  * the previous bitmap owner and the IO bitmap contents:
459                  */
460                 tss->x86_tss.io_bitmap_base = INVALID_IO_BITMAP_OFFSET;
461                 return;
462         }
463
464         if (likely(next == tss->io_bitmap_owner)) {
465                 /*
466                  * Previous owner of the bitmap (hence the bitmap content)
467                  * matches the next task, we dont have to do anything but
468                  * to set a valid offset in the TSS:
469                  */
470                 tss->x86_tss.io_bitmap_base = IO_BITMAP_OFFSET;
471                 return;
472         }
473         /*
474          * Lazy TSS's I/O bitmap copy. We set an invalid offset here
475          * and we let the task to get a GPF in case an I/O instruction
476          * is performed.  The handler of the GPF will verify that the
477          * faulting task has a valid I/O bitmap and, it true, does the
478          * real copy and restart the instruction.  This will save us
479          * redundant copies when the currently switched task does not
480          * perform any I/O during its timeslice.
481          */
482         tss->x86_tss.io_bitmap_base = INVALID_IO_BITMAP_OFFSET_LAZY;
483 }
484
485 /*
486  *      switch_to(x,yn) should switch tasks from x to y.
487  *
488  * We fsave/fwait so that an exception goes off at the right time
489  * (as a call from the fsave or fwait in effect) rather than to
490  * the wrong process. Lazy FP saving no longer makes any sense
491  * with modern CPU's, and this simplifies a lot of things (SMP
492  * and UP become the same).
493  *
494  * NOTE! We used to use the x86 hardware context switching. The
495  * reason for not using it any more becomes apparent when you
496  * try to recover gracefully from saved state that is no longer
497  * valid (stale segment register values in particular). With the
498  * hardware task-switch, there is no way to fix up bad state in
499  * a reasonable manner.
500  *
501  * The fact that Intel documents the hardware task-switching to
502  * be slow is a fairly red herring - this code is not noticeably
503  * faster. However, there _is_ some room for improvement here,
504  * so the performance issues may eventually be a valid point.
505  * More important, however, is the fact that this allows us much
506  * more flexibility.
507  *
508  * The return value (in %ax) will be the "prev" task after
509  * the task-switch, and shows up in ret_from_fork in entry.S,
510  * for example.
511  */
512 struct task_struct * __switch_to(struct task_struct *prev_p, struct task_struct *next_p)
513 {
514         struct thread_struct *prev = &prev_p->thread,
515                                  *next = &next_p->thread;
516         int cpu = smp_processor_id();
517         struct tss_struct *tss = &per_cpu(init_tss, cpu);
518
519         /* never put a printk in __switch_to... printk() calls wake_up*() indirectly */
520
521         __unlazy_fpu(prev_p);
522
523
524         /* we're going to use this soon, after a few expensive things */
525         if (next_p->fpu_counter > 5)
526                 prefetch(next->xstate);
527
528         /*
529          * Reload esp0.
530          */
531         load_sp0(tss, next);
532
533         /*
534          * Save away %gs. No need to save %fs, as it was saved on the
535          * stack on entry.  No need to save %es and %ds, as those are
536          * always kernel segments while inside the kernel.  Doing this
537          * before setting the new TLS descriptors avoids the situation
538          * where we temporarily have non-reloadable segments in %fs
539          * and %gs.  This could be an issue if the NMI handler ever
540          * used %fs or %gs (it does not today), or if the kernel is
541          * running inside of a hypervisor layer.
542          */
543         savesegment(gs, prev->gs);
544
545         /*
546          * Load the per-thread Thread-Local Storage descriptor.
547          */
548         load_TLS(next, cpu);
549
550         /*
551          * Restore IOPL if needed.  In normal use, the flags restore
552          * in the switch assembly will handle this.  But if the kernel
553          * is running virtualized at a non-zero CPL, the popf will
554          * not restore flags, so it must be done in a separate step.
555          */
556         if (get_kernel_rpl() && unlikely(prev->iopl != next->iopl))
557                 set_iopl_mask(next->iopl);
558
559         /*
560          * Now maybe handle debug registers and/or IO bitmaps
561          */
562         if (unlikely(task_thread_info(prev_p)->flags & _TIF_WORK_CTXSW_PREV ||
563                      task_thread_info(next_p)->flags & _TIF_WORK_CTXSW_NEXT))
564                 __switch_to_xtra(prev_p, next_p, tss);
565
566         /*
567          * Leave lazy mode, flushing any hypercalls made here.
568          * This must be done before restoring TLS segments so
569          * the GDT and LDT are properly updated, and must be
570          * done before math_state_restore, so the TS bit is up
571          * to date.
572          */
573         arch_leave_lazy_cpu_mode();
574
575         /* If the task has used fpu the last 5 timeslices, just do a full
576          * restore of the math state immediately to avoid the trap; the
577          * chances of needing FPU soon are obviously high now
578          *
579          * tsk_used_math() checks prevent calling math_state_restore(),
580          * which can sleep in the case of !tsk_used_math()
581          */
582         if (tsk_used_math(next_p) && next_p->fpu_counter > 5)
583                 math_state_restore();
584
585         /*
586          * Restore %gs if needed (which is common)
587          */
588         if (prev->gs | next->gs)
589                 loadsegment(gs, next->gs);
590
591         x86_write_percpu(current_task, next_p);
592
593         return prev_p;
594 }
595
596 asmlinkage int sys_fork(struct pt_regs regs)
597 {
598         return do_fork(SIGCHLD, regs.sp, &regs, 0, NULL, NULL);
599 }
600
601 asmlinkage int sys_clone(struct pt_regs regs)
602 {
603         unsigned long clone_flags;
604         unsigned long newsp;
605         int __user *parent_tidptr, *child_tidptr;
606
607         clone_flags = regs.bx;
608         newsp = regs.cx;
609         parent_tidptr = (int __user *)regs.dx;
610         child_tidptr = (int __user *)regs.di;
611         if (!newsp)
612                 newsp = regs.sp;
613         return do_fork(clone_flags, newsp, &regs, 0, parent_tidptr, child_tidptr);
614 }
615
616 /*
617  * This is trivial, and on the face of it looks like it
618  * could equally well be done in user mode.
619  *
620  * Not so, for quite unobvious reasons - register pressure.
621  * In user mode vfork() cannot have a stack frame, and if
622  * done by calling the "clone()" system call directly, you
623  * do not have enough call-clobbered registers to hold all
624  * the information you need.
625  */
626 asmlinkage int sys_vfork(struct pt_regs regs)
627 {
628         return do_fork(CLONE_VFORK | CLONE_VM | SIGCHLD, regs.sp, &regs, 0, NULL, NULL);
629 }
630
631 /*
632  * sys_execve() executes a new program.
633  */
634 asmlinkage int sys_execve(struct pt_regs regs)
635 {
636         int error;
637         char * filename;
638
639         filename = getname((char __user *) regs.bx);
640         error = PTR_ERR(filename);
641         if (IS_ERR(filename))
642                 goto out;
643         error = do_execve(filename,
644                         (char __user * __user *) regs.cx,
645                         (char __user * __user *) regs.dx,
646                         &regs);
647         if (error == 0) {
648                 /* Make sure we don't return using sysenter.. */
649                 set_thread_flag(TIF_IRET);
650         }
651         putname(filename);
652 out:
653         return error;
654 }
655
656 #define top_esp                (THREAD_SIZE - sizeof(unsigned long))
657 #define top_ebp                (THREAD_SIZE - 2*sizeof(unsigned long))
658
659 unsigned long get_wchan(struct task_struct *p)
660 {
661         unsigned long bp, sp, ip;
662         unsigned long stack_page;
663         int count = 0;
664         if (!p || p == current || p->state == TASK_RUNNING)
665                 return 0;
666         stack_page = (unsigned long)task_stack_page(p);
667         sp = p->thread.sp;
668         if (!stack_page || sp < stack_page || sp > top_esp+stack_page)
669                 return 0;
670         /* include/asm-i386/system.h:switch_to() pushes bp last. */
671         bp = *(unsigned long *) sp;
672         do {
673                 if (bp < stack_page || bp > top_ebp+stack_page)
674                         return 0;
675                 ip = *(unsigned long *) (bp+4);
676                 if (!in_sched_functions(ip))
677                         return ip;
678                 bp = *(unsigned long *) bp;
679         } while (count++ < 16);
680         return 0;
681 }
682
683 unsigned long arch_align_stack(unsigned long sp)
684 {
685         if (!(current->personality & ADDR_NO_RANDOMIZE) && randomize_va_space)
686                 sp -= get_random_int() % 8192;
687         return sp & ~0xf;
688 }
689
690 unsigned long arch_randomize_brk(struct mm_struct *mm)
691 {
692         unsigned long range_end = mm->brk + 0x02000000;
693         return randomize_range(mm->brk, range_end, 0) ? : mm->brk;
694 }