Merge branch 'irq-core-for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[cascardo/linux.git] / 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/cpu.h>
18 #include <linux/errno.h>
19 #include <linux/sched.h>
20 #include <linux/fs.h>
21 #include <linux/kernel.h>
22 #include <linux/mm.h>
23 #include <linux/elfcore.h>
24 #include <linux/smp.h>
25 #include <linux/slab.h>
26 #include <linux/user.h>
27 #include <linux/interrupt.h>
28 #include <linux/delay.h>
29 #include <linux/export.h>
30 #include <linux/ptrace.h>
31 #include <linux/notifier.h>
32 #include <linux/kprobes.h>
33 #include <linux/kdebug.h>
34 #include <linux/prctl.h>
35 #include <linux/uaccess.h>
36 #include <linux/io.h>
37 #include <linux/ftrace.h>
38
39 #include <asm/pgtable.h>
40 #include <asm/processor.h>
41 #include <asm/fpu/internal.h>
42 #include <asm/mmu_context.h>
43 #include <asm/prctl.h>
44 #include <asm/desc.h>
45 #include <asm/proto.h>
46 #include <asm/ia32.h>
47 #include <asm/idle.h>
48 #include <asm/syscalls.h>
49 #include <asm/debugreg.h>
50 #include <asm/switch_to.h>
51 #include <asm/xen/hypervisor.h>
52 #include <asm/vdso.h>
53
54 __visible DEFINE_PER_CPU(unsigned long, rsp_scratch);
55
56 /* Prints also some state that isn't saved in the pt_regs */
57 void __show_regs(struct pt_regs *regs, int all)
58 {
59         unsigned long cr0 = 0L, cr2 = 0L, cr3 = 0L, cr4 = 0L, fs, gs, shadowgs;
60         unsigned long d0, d1, d2, d3, d6, d7;
61         unsigned int fsindex, gsindex;
62         unsigned int ds, cs, es;
63
64         printk(KERN_DEFAULT "RIP: %04lx:[<%016lx>] ", regs->cs & 0xffff, regs->ip);
65         printk_address(regs->ip);
66         printk(KERN_DEFAULT "RSP: %04lx:%016lx  EFLAGS: %08lx\n", regs->ss,
67                         regs->sp, regs->flags);
68         printk(KERN_DEFAULT "RAX: %016lx RBX: %016lx RCX: %016lx\n",
69                regs->ax, regs->bx, regs->cx);
70         printk(KERN_DEFAULT "RDX: %016lx RSI: %016lx RDI: %016lx\n",
71                regs->dx, regs->si, regs->di);
72         printk(KERN_DEFAULT "RBP: %016lx R08: %016lx R09: %016lx\n",
73                regs->bp, regs->r8, regs->r9);
74         printk(KERN_DEFAULT "R10: %016lx R11: %016lx R12: %016lx\n",
75                regs->r10, regs->r11, regs->r12);
76         printk(KERN_DEFAULT "R13: %016lx R14: %016lx R15: %016lx\n",
77                regs->r13, regs->r14, regs->r15);
78
79         asm("movl %%ds,%0" : "=r" (ds));
80         asm("movl %%cs,%0" : "=r" (cs));
81         asm("movl %%es,%0" : "=r" (es));
82         asm("movl %%fs,%0" : "=r" (fsindex));
83         asm("movl %%gs,%0" : "=r" (gsindex));
84
85         rdmsrl(MSR_FS_BASE, fs);
86         rdmsrl(MSR_GS_BASE, gs);
87         rdmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, shadowgs);
88
89         if (!all)
90                 return;
91
92         cr0 = read_cr0();
93         cr2 = read_cr2();
94         cr3 = read_cr3();
95         cr4 = __read_cr4();
96
97         printk(KERN_DEFAULT "FS:  %016lx(%04x) GS:%016lx(%04x) knlGS:%016lx\n",
98                fs, fsindex, gs, gsindex, shadowgs);
99         printk(KERN_DEFAULT "CS:  %04x DS: %04x ES: %04x CR0: %016lx\n", cs, ds,
100                         es, cr0);
101         printk(KERN_DEFAULT "CR2: %016lx CR3: %016lx CR4: %016lx\n", cr2, cr3,
102                         cr4);
103
104         get_debugreg(d0, 0);
105         get_debugreg(d1, 1);
106         get_debugreg(d2, 2);
107         get_debugreg(d3, 3);
108         get_debugreg(d6, 6);
109         get_debugreg(d7, 7);
110
111         /* Only print out debug registers if they are in their non-default state. */
112         if ((d0 == 0) && (d1 == 0) && (d2 == 0) && (d3 == 0) &&
113             (d6 == DR6_RESERVED) && (d7 == 0x400))
114                 return;
115
116         printk(KERN_DEFAULT "DR0: %016lx DR1: %016lx DR2: %016lx\n", d0, d1, d2);
117         printk(KERN_DEFAULT "DR3: %016lx DR6: %016lx DR7: %016lx\n", d3, d6, d7);
118
119         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_OSPKE))
120                 printk(KERN_DEFAULT "PKRU: %08x\n", read_pkru());
121 }
122
123 void release_thread(struct task_struct *dead_task)
124 {
125         if (dead_task->mm) {
126 #ifdef CONFIG_MODIFY_LDT_SYSCALL
127                 if (dead_task->mm->context.ldt) {
128                         pr_warn("WARNING: dead process %s still has LDT? <%p/%d>\n",
129                                 dead_task->comm,
130                                 dead_task->mm->context.ldt->entries,
131                                 dead_task->mm->context.ldt->size);
132                         BUG();
133                 }
134 #endif
135         }
136 }
137
138 int copy_thread_tls(unsigned long clone_flags, unsigned long sp,
139                 unsigned long arg, struct task_struct *p, unsigned long tls)
140 {
141         int err;
142         struct pt_regs *childregs;
143         struct fork_frame *fork_frame;
144         struct inactive_task_frame *frame;
145         struct task_struct *me = current;
146
147         p->thread.sp0 = (unsigned long)task_stack_page(p) + THREAD_SIZE;
148         childregs = task_pt_regs(p);
149         fork_frame = container_of(childregs, struct fork_frame, regs);
150         frame = &fork_frame->frame;
151         frame->bp = 0;
152         frame->ret_addr = (unsigned long) ret_from_fork;
153         p->thread.sp = (unsigned long) fork_frame;
154         p->thread.io_bitmap_ptr = NULL;
155
156         savesegment(gs, p->thread.gsindex);
157         p->thread.gsbase = p->thread.gsindex ? 0 : me->thread.gsbase;
158         savesegment(fs, p->thread.fsindex);
159         p->thread.fsbase = p->thread.fsindex ? 0 : me->thread.fsbase;
160         savesegment(es, p->thread.es);
161         savesegment(ds, p->thread.ds);
162         memset(p->thread.ptrace_bps, 0, sizeof(p->thread.ptrace_bps));
163
164         if (unlikely(p->flags & PF_KTHREAD)) {
165                 /* kernel thread */
166                 memset(childregs, 0, sizeof(struct pt_regs));
167                 frame->bx = sp;         /* function */
168                 frame->r12 = arg;
169                 return 0;
170         }
171         frame->bx = 0;
172         *childregs = *current_pt_regs();
173
174         childregs->ax = 0;
175         if (sp)
176                 childregs->sp = sp;
177
178         err = -ENOMEM;
179         if (unlikely(test_tsk_thread_flag(me, TIF_IO_BITMAP))) {
180                 p->thread.io_bitmap_ptr = kmemdup(me->thread.io_bitmap_ptr,
181                                                   IO_BITMAP_BYTES, GFP_KERNEL);
182                 if (!p->thread.io_bitmap_ptr) {
183                         p->thread.io_bitmap_max = 0;
184                         return -ENOMEM;
185                 }
186                 set_tsk_thread_flag(p, TIF_IO_BITMAP);
187         }
188
189         /*
190          * Set a new TLS for the child thread?
191          */
192         if (clone_flags & CLONE_SETTLS) {
193 #ifdef CONFIG_IA32_EMULATION
194                 if (in_ia32_syscall())
195                         err = do_set_thread_area(p, -1,
196                                 (struct user_desc __user *)tls, 0);
197                 else
198 #endif
199                         err = do_arch_prctl(p, ARCH_SET_FS, tls);
200                 if (err)
201                         goto out;
202         }
203         err = 0;
204 out:
205         if (err && p->thread.io_bitmap_ptr) {
206                 kfree(p->thread.io_bitmap_ptr);
207                 p->thread.io_bitmap_max = 0;
208         }
209
210         return err;
211 }
212
213 static void
214 start_thread_common(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip,
215                     unsigned long new_sp,
216                     unsigned int _cs, unsigned int _ss, unsigned int _ds)
217 {
218         loadsegment(fs, 0);
219         loadsegment(es, _ds);
220         loadsegment(ds, _ds);
221         load_gs_index(0);
222         regs->ip                = new_ip;
223         regs->sp                = new_sp;
224         regs->cs                = _cs;
225         regs->ss                = _ss;
226         regs->flags             = X86_EFLAGS_IF;
227         force_iret();
228 }
229
230 void
231 start_thread(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip, unsigned long new_sp)
232 {
233         start_thread_common(regs, new_ip, new_sp,
234                             __USER_CS, __USER_DS, 0);
235 }
236
237 #ifdef CONFIG_COMPAT
238 void compat_start_thread(struct pt_regs *regs, u32 new_ip, u32 new_sp)
239 {
240         start_thread_common(regs, new_ip, new_sp,
241                             test_thread_flag(TIF_X32)
242                             ? __USER_CS : __USER32_CS,
243                             __USER_DS, __USER_DS);
244 }
245 #endif
246
247 /*
248  *      switch_to(x,y) should switch tasks from x to y.
249  *
250  * This could still be optimized:
251  * - fold all the options into a flag word and test it with a single test.
252  * - could test fs/gs bitsliced
253  *
254  * Kprobes not supported here. Set the probe on schedule instead.
255  * Function graph tracer not supported too.
256  */
257 __visible __notrace_funcgraph struct task_struct *
258 __switch_to(struct task_struct *prev_p, struct task_struct *next_p)
259 {
260         struct thread_struct *prev = &prev_p->thread;
261         struct thread_struct *next = &next_p->thread;
262         struct fpu *prev_fpu = &prev->fpu;
263         struct fpu *next_fpu = &next->fpu;
264         int cpu = smp_processor_id();
265         struct tss_struct *tss = &per_cpu(cpu_tss, cpu);
266         unsigned prev_fsindex, prev_gsindex;
267         fpu_switch_t fpu_switch;
268
269         fpu_switch = switch_fpu_prepare(prev_fpu, next_fpu, cpu);
270
271         /* We must save %fs and %gs before load_TLS() because
272          * %fs and %gs may be cleared by load_TLS().
273          *
274          * (e.g. xen_load_tls())
275          */
276         savesegment(fs, prev_fsindex);
277         savesegment(gs, prev_gsindex);
278
279         /*
280          * Load TLS before restoring any segments so that segment loads
281          * reference the correct GDT entries.
282          */
283         load_TLS(next, cpu);
284
285         /*
286          * Leave lazy mode, flushing any hypercalls made here.  This
287          * must be done after loading TLS entries in the GDT but before
288          * loading segments that might reference them, and and it must
289          * be done before fpu__restore(), so the TS bit is up to
290          * date.
291          */
292         arch_end_context_switch(next_p);
293
294         /* Switch DS and ES.
295          *
296          * Reading them only returns the selectors, but writing them (if
297          * nonzero) loads the full descriptor from the GDT or LDT.  The
298          * LDT for next is loaded in switch_mm, and the GDT is loaded
299          * above.
300          *
301          * We therefore need to write new values to the segment
302          * registers on every context switch unless both the new and old
303          * values are zero.
304          *
305          * Note that we don't need to do anything for CS and SS, as
306          * those are saved and restored as part of pt_regs.
307          */
308         savesegment(es, prev->es);
309         if (unlikely(next->es | prev->es))
310                 loadsegment(es, next->es);
311
312         savesegment(ds, prev->ds);
313         if (unlikely(next->ds | prev->ds))
314                 loadsegment(ds, next->ds);
315
316         /*
317          * Switch FS and GS.
318          *
319          * These are even more complicated than DS and ES: they have
320          * 64-bit bases are that controlled by arch_prctl.  The bases
321          * don't necessarily match the selectors, as user code can do
322          * any number of things to cause them to be inconsistent.
323          *
324          * We don't promise to preserve the bases if the selectors are
325          * nonzero.  We also don't promise to preserve the base if the
326          * selector is zero and the base doesn't match whatever was
327          * most recently passed to ARCH_SET_FS/GS.  (If/when the
328          * FSGSBASE instructions are enabled, we'll need to offer
329          * stronger guarantees.)
330          *
331          * As an invariant,
332          * (fsbase != 0 && fsindex != 0) || (gsbase != 0 && gsindex != 0) is
333          * impossible.
334          */
335         if (next->fsindex) {
336                 /* Loading a nonzero value into FS sets the index and base. */
337                 loadsegment(fs, next->fsindex);
338         } else {
339                 if (next->fsbase) {
340                         /* Next index is zero but next base is nonzero. */
341                         if (prev_fsindex)
342                                 loadsegment(fs, 0);
343                         wrmsrl(MSR_FS_BASE, next->fsbase);
344                 } else {
345                         /* Next base and index are both zero. */
346                         if (static_cpu_has_bug(X86_BUG_NULL_SEG)) {
347                                 /*
348                                  * We don't know the previous base and can't
349                                  * find out without RDMSR.  Forcibly clear it.
350                                  */
351                                 loadsegment(fs, __USER_DS);
352                                 loadsegment(fs, 0);
353                         } else {
354                                 /*
355                                  * If the previous index is zero and ARCH_SET_FS
356                                  * didn't change the base, then the base is
357                                  * also zero and we don't need to do anything.
358                                  */
359                                 if (prev->fsbase || prev_fsindex)
360                                         loadsegment(fs, 0);
361                         }
362                 }
363         }
364         /*
365          * Save the old state and preserve the invariant.
366          * NB: if prev_fsindex == 0, then we can't reliably learn the base
367          * without RDMSR because Intel user code can zero it without telling
368          * us and AMD user code can program any 32-bit value without telling
369          * us.
370          */
371         if (prev_fsindex)
372                 prev->fsbase = 0;
373         prev->fsindex = prev_fsindex;
374
375         if (next->gsindex) {
376                 /* Loading a nonzero value into GS sets the index and base. */
377                 load_gs_index(next->gsindex);
378         } else {
379                 if (next->gsbase) {
380                         /* Next index is zero but next base is nonzero. */
381                         if (prev_gsindex)
382                                 load_gs_index(0);
383                         wrmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, next->gsbase);
384                 } else {
385                         /* Next base and index are both zero. */
386                         if (static_cpu_has_bug(X86_BUG_NULL_SEG)) {
387                                 /*
388                                  * We don't know the previous base and can't
389                                  * find out without RDMSR.  Forcibly clear it.
390                                  *
391                                  * This contains a pointless SWAPGS pair.
392                                  * Fixing it would involve an explicit check
393                                  * for Xen or a new pvop.
394                                  */
395                                 load_gs_index(__USER_DS);
396                                 load_gs_index(0);
397                         } else {
398                                 /*
399                                  * If the previous index is zero and ARCH_SET_GS
400                                  * didn't change the base, then the base is
401                                  * also zero and we don't need to do anything.
402                                  */
403                                 if (prev->gsbase || prev_gsindex)
404                                         load_gs_index(0);
405                         }
406                 }
407         }
408         /*
409          * Save the old state and preserve the invariant.
410          * NB: if prev_gsindex == 0, then we can't reliably learn the base
411          * without RDMSR because Intel user code can zero it without telling
412          * us and AMD user code can program any 32-bit value without telling
413          * us.
414          */
415         if (prev_gsindex)
416                 prev->gsbase = 0;
417         prev->gsindex = prev_gsindex;
418
419         switch_fpu_finish(next_fpu, fpu_switch);
420
421         /*
422          * Switch the PDA and FPU contexts.
423          */
424         this_cpu_write(current_task, next_p);
425
426         /* Reload esp0 and ss1.  This changes current_thread_info(). */
427         load_sp0(tss, next);
428
429         /*
430          * Now maybe reload the debug registers and handle I/O bitmaps
431          */
432         if (unlikely(task_thread_info(next_p)->flags & _TIF_WORK_CTXSW_NEXT ||
433                      task_thread_info(prev_p)->flags & _TIF_WORK_CTXSW_PREV))
434                 __switch_to_xtra(prev_p, next_p, tss);
435
436 #ifdef CONFIG_XEN
437         /*
438          * On Xen PV, IOPL bits in pt_regs->flags have no effect, and
439          * current_pt_regs()->flags may not match the current task's
440          * intended IOPL.  We need to switch it manually.
441          */
442         if (unlikely(static_cpu_has(X86_FEATURE_XENPV) &&
443                      prev->iopl != next->iopl))
444                 xen_set_iopl_mask(next->iopl);
445 #endif
446
447         if (static_cpu_has_bug(X86_BUG_SYSRET_SS_ATTRS)) {
448                 /*
449                  * AMD CPUs have a misfeature: SYSRET sets the SS selector but
450                  * does not update the cached descriptor.  As a result, if we
451                  * do SYSRET while SS is NULL, we'll end up in user mode with
452                  * SS apparently equal to __USER_DS but actually unusable.
453                  *
454                  * The straightforward workaround would be to fix it up just
455                  * before SYSRET, but that would slow down the system call
456                  * fast paths.  Instead, we ensure that SS is never NULL in
457                  * system call context.  We do this by replacing NULL SS
458                  * selectors at every context switch.  SYSCALL sets up a valid
459                  * SS, so the only way to get NULL is to re-enter the kernel
460                  * from CPL 3 through an interrupt.  Since that can't happen
461                  * in the same task as a running syscall, we are guaranteed to
462                  * context switch between every interrupt vector entry and a
463                  * subsequent SYSRET.
464                  *
465                  * We read SS first because SS reads are much faster than
466                  * writes.  Out of caution, we force SS to __KERNEL_DS even if
467                  * it previously had a different non-NULL value.
468                  */
469                 unsigned short ss_sel;
470                 savesegment(ss, ss_sel);
471                 if (ss_sel != __KERNEL_DS)
472                         loadsegment(ss, __KERNEL_DS);
473         }
474
475         return prev_p;
476 }
477
478 void set_personality_64bit(void)
479 {
480         /* inherit personality from parent */
481
482         /* Make sure to be in 64bit mode */
483         clear_thread_flag(TIF_IA32);
484         clear_thread_flag(TIF_ADDR32);
485         clear_thread_flag(TIF_X32);
486
487         /* Ensure the corresponding mm is not marked. */
488         if (current->mm)
489                 current->mm->context.ia32_compat = 0;
490
491         /* TBD: overwrites user setup. Should have two bits.
492            But 64bit processes have always behaved this way,
493            so it's not too bad. The main problem is just that
494            32bit childs are affected again. */
495         current->personality &= ~READ_IMPLIES_EXEC;
496 }
497
498 void set_personality_ia32(bool x32)
499 {
500         /* inherit personality from parent */
501
502         /* Make sure to be in 32bit mode */
503         set_thread_flag(TIF_ADDR32);
504
505         /* Mark the associated mm as containing 32-bit tasks. */
506         if (x32) {
507                 clear_thread_flag(TIF_IA32);
508                 set_thread_flag(TIF_X32);
509                 if (current->mm)
510                         current->mm->context.ia32_compat = TIF_X32;
511                 current->personality &= ~READ_IMPLIES_EXEC;
512                 /* in_compat_syscall() uses the presence of the x32
513                    syscall bit flag to determine compat status */
514                 current->thread.status &= ~TS_COMPAT;
515         } else {
516                 set_thread_flag(TIF_IA32);
517                 clear_thread_flag(TIF_X32);
518                 if (current->mm)
519                         current->mm->context.ia32_compat = TIF_IA32;
520                 current->personality |= force_personality32;
521                 /* Prepare the first "return" to user space */
522                 current->thread.status |= TS_COMPAT;
523         }
524 }
525 EXPORT_SYMBOL_GPL(set_personality_ia32);
526
527 #ifdef CONFIG_CHECKPOINT_RESTORE
528 static long prctl_map_vdso(const struct vdso_image *image, unsigned long addr)
529 {
530         int ret;
531
532         ret = map_vdso_once(image, addr);
533         if (ret)
534                 return ret;
535
536         return (long)image->size;
537 }
538 #endif
539
540 long do_arch_prctl(struct task_struct *task, int code, unsigned long addr)
541 {
542         int ret = 0;
543         int doit = task == current;
544         int cpu;
545
546         switch (code) {
547         case ARCH_SET_GS:
548                 if (addr >= TASK_SIZE_MAX)
549                         return -EPERM;
550                 cpu = get_cpu();
551                 task->thread.gsindex = 0;
552                 task->thread.gsbase = addr;
553                 if (doit) {
554                         load_gs_index(0);
555                         ret = wrmsrl_safe(MSR_KERNEL_GS_BASE, addr);
556                 }
557                 put_cpu();
558                 break;
559         case ARCH_SET_FS:
560                 /* Not strictly needed for fs, but do it for symmetry
561                    with gs */
562                 if (addr >= TASK_SIZE_MAX)
563                         return -EPERM;
564                 cpu = get_cpu();
565                 task->thread.fsindex = 0;
566                 task->thread.fsbase = addr;
567                 if (doit) {
568                         /* set the selector to 0 to not confuse __switch_to */
569                         loadsegment(fs, 0);
570                         ret = wrmsrl_safe(MSR_FS_BASE, addr);
571                 }
572                 put_cpu();
573                 break;
574         case ARCH_GET_FS: {
575                 unsigned long base;
576                 if (doit)
577                         rdmsrl(MSR_FS_BASE, base);
578                 else
579                         base = task->thread.fsbase;
580                 ret = put_user(base, (unsigned long __user *)addr);
581                 break;
582         }
583         case ARCH_GET_GS: {
584                 unsigned long base;
585                 if (doit)
586                         rdmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, base);
587                 else
588                         base = task->thread.gsbase;
589                 ret = put_user(base, (unsigned long __user *)addr);
590                 break;
591         }
592
593 #ifdef CONFIG_CHECKPOINT_RESTORE
594 # ifdef CONFIG_X86_X32_ABI
595         case ARCH_MAP_VDSO_X32:
596                 return prctl_map_vdso(&vdso_image_x32, addr);
597 # endif
598 # if defined CONFIG_X86_32 || defined CONFIG_IA32_EMULATION
599         case ARCH_MAP_VDSO_32:
600                 return prctl_map_vdso(&vdso_image_32, addr);
601 # endif
602         case ARCH_MAP_VDSO_64:
603                 return prctl_map_vdso(&vdso_image_64, addr);
604 #endif
605
606         default:
607                 ret = -EINVAL;
608                 break;
609         }
610
611         return ret;
612 }
613
614 long sys_arch_prctl(int code, unsigned long addr)
615 {
616         return do_arch_prctl(current, code, addr);
617 }
618
619 unsigned long KSTK_ESP(struct task_struct *task)
620 {
621         return task_pt_regs(task)->sp;
622 }