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/perf_event.h>
  14 #include <linux/signal.h>
  15 #include <linux/sched.h>
  16 #include <linux/kernel.h>
  17 #include <linux/errno.h>
  18 #include <linux/string.h>
  19 #include <linux/types.h>
  20 #include <linux/ptrace.h>
  21 #include <linux/mman.h>
  22 #include <linux/mm.h>
  23 #include <linux/compat.h>
  24 #include <linux/smp.h>
  25 #include <linux/kdebug.h>
  26 #include <linux/init.h>
  27 #include <linux/console.h>
  28 #include <linux/module.h>
  29 #include <linux/hardirq.h>
  30 #include <linux/kprobes.h>
  31 #include <linux/uaccess.h>
  32 #include <linux/hugetlb.h>
  33 #include <asm/asm-offsets.h>
  34 #include <asm/system.h>
  35 #include <asm/pgtable.h>
  36 #include <asm/s390_ext.h>
  37 #include <asm/mmu_context.h>
  38 #include <asm/compat.h>
  39 #include "../kernel/entry.h"
  40
  41 #ifndef CONFIG_64BIT
  42 #define __FAIL_ADDR_MASK 0x7ffff000
  43 #define __SUBCODE_MASK 0x0200
  44 #define __PF_RES_FIELD 0ULL
  45 #else /* CONFIG_64BIT */
  46 #define __FAIL_ADDR_MASK -4096L
  47 #define __SUBCODE_MASK 0x0600
  48 #define __PF_RES_FIELD 0x8000000000000000ULL
  49 #endif /* CONFIG_64BIT */
  50
  51 #define VM_FAULT_BADCONTEXT     0x010000
  52 #define VM_FAULT_BADMAP         0x020000
  53 #define VM_FAULT_BADACCESS      0x040000
  54
  55 static unsigned long store_indication;
  56
  57 void fault_init(void)
  58 {
  59         unsigned long long facility_list[2];
  60
  61         if (stfle(facility_list, 2) < 2)
  62                 return;
  63         if ((facility_list[0] & (1ULL << 61)) &&
  64             (facility_list[1] & (1ULL << 52)))
  65                 store_indication = 0xc00;
  66 }
  67
  68 static inline int notify_page_fault(struct pt_regs *regs)
  69 {
  70         int ret = 0;
  71
  72         /* kprobe_running() needs smp_processor_id() */
  73         if (kprobes_built_in() && !user_mode(regs)) {
  74                 preempt_disable();
  75                 if (kprobe_running() && kprobe_fault_handler(regs, 14))
  76                         ret = 1;
  77                 preempt_enable();
  78         }
  79         return ret;
  80 }
  81
  82
  83 /*
  84  * Unlock any spinlocks which will prevent us from getting the
  85  * message out.
  86  */
  87 void bust_spinlocks(int yes)
  88 {
  89         if (yes) {
  90                 oops_in_progress = 1;
  91         } else {
  92                 int loglevel_save = console_loglevel;
  93                 console_unblank();
  94                 oops_in_progress = 0;
  95                 /*
  96                  * OK, the message is on the console.  Now we call printk()
  97                  * without oops_in_progress set so that printk will give klogd
  98                  * a poke.  Hold onto your hats...
  99                  */
 100                 console_loglevel = 15;
 101                 printk(" ");
 102                 console_loglevel = loglevel_save;
 103         }
 104 }
 105
 106 /*
 107  * Returns the address space associated with the fault.
 108  * Returns 0 for kernel space and 1 for user space.
 109  */
 110 static inline int user_space_fault(unsigned long trans_exc_code)
 111 {
 112         /*
 113          * The lowest two bits of the translation exception
 114          * identification indicate which paging table was used.
 115          */
 116         trans_exc_code &= 3;
 117         if (trans_exc_code == 2)
 118                 /* Access via secondary space, set_fs setting decides */
 119                 return current->thread.mm_segment.ar4;
 120         if (user_mode == HOME_SPACE_MODE)
 121                 /* User space if the access has been done via home space. */
 122                 return trans_exc_code == 3;
 123         /*
 124          * If the user space is not the home space the kernel runs in home
 125          * space. Access via secondary space has already been covered,
 126          * access via primary space or access register is from user space
 127          * and access via home space is from the kernel.
 128          */
 129         return trans_exc_code != 3;
 130 }
 131
 132 static inline void report_user_fault(struct pt_regs *regs, long int_code,
 133                                      int signr, unsigned long address)
 134 {
 135         if ((task_pid_nr(current) > 1) && !show_unhandled_signals)
 136                 return;
 137         if (!unhandled_signal(current, signr))
 138                 return;
 139         if (!printk_ratelimit())
 140                 return;
 141         printk("User process fault: interruption code 0x%lX ", int_code);
 142         print_vma_addr(KERN_CONT "in ", regs->psw.addr & PSW_ADDR_INSN);
 143         printk("\n");
 144         printk("failing address: %lX\n", address);
 145         show_regs(regs);
 146 }
 147
 148 /*
 149  * Send SIGSEGV to task.  This is an external routine
 150  * to keep the stack usage of do_page_fault small.
 151  */
 152 static noinline void do_sigsegv(struct pt_regs *regs, long int_code,
 153                                 int si_code, unsigned long trans_exc_code)
 154 {
 155         struct siginfo si;
 156         unsigned long address;
 157
 158         address = trans_exc_code & __FAIL_ADDR_MASK;
 159         current->thread.prot_addr = address;
 160         current->thread.trap_no = int_code;
 161         report_user_fault(regs, int_code, SIGSEGV, address);
 162         si.si_signo = SIGSEGV;
 163         si.si_code = si_code;
 164         si.si_addr = (void __user *) address;
 165         force_sig_info(SIGSEGV, &si, current);
 166 }
 167
 168 static noinline void do_no_context(struct pt_regs *regs, long int_code,
 169                                    unsigned long trans_exc_code)
 170 {
 171         const struct exception_table_entry *fixup;
 172         unsigned long address;
 173
 174         /* Are we prepared to handle this kernel fault?  */
 175         fixup = search_exception_tables(regs->psw.addr & PSW_ADDR_INSN);
 176         if (fixup) {
 177                 regs->psw.addr = fixup->fixup | PSW_ADDR_AMODE;
 178                 return;
 179         }
 180
 181         /*
 182          * Oops. The kernel tried to access some bad page. We'll have to
 183          * terminate things with extreme prejudice.
 184          */
 185         address = trans_exc_code & __FAIL_ADDR_MASK;
 186         if (!user_space_fault(trans_exc_code))
 187                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel pointer dereference"
 188                        " at virtual kernel address %p\n", (void *)address);
 189         else
 190                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel paging request"
 191                        " at virtual user address %p\n", (void *)address);
 192
 193         die("Oops", regs, int_code);
 194         do_exit(SIGKILL);
 195 }
 196
 197 static noinline void do_low_address(struct pt_regs *regs, long int_code,
 198                                     unsigned long trans_exc_code)
 199 {
 200         /* Low-address protection hit in kernel mode means
 201            NULL pointer write access in kernel mode.  */
 202         if (regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE) {
 203                 /* Low-address protection hit in user mode 'cannot happen'. */
 204                 die ("Low-address protection", regs, int_code);
 205                 do_exit(SIGKILL);
 206         }
 207
 208         do_no_context(regs, int_code, trans_exc_code);
 209 }
 210
 211 static noinline void do_sigbus(struct pt_regs *regs, long int_code,
 212                                unsigned long trans_exc_code)
 213 {
 214         struct task_struct *tsk = current;
 215         unsigned long address;
 216         struct siginfo si;
 217
 218         /*
 219          * Send a sigbus, regardless of whether we were in kernel
 220          * or user mode.
 221          */
 222         address = trans_exc_code & __FAIL_ADDR_MASK;
 223         tsk->thread.prot_addr = address;
 224         tsk->thread.trap_no = int_code;
 225         si.si_signo = SIGBUS;
 226         si.si_errno = 0;
 227         si.si_code = BUS_ADRERR;
 228         si.si_addr = (void __user *) address;
 229         force_sig_info(SIGBUS, &si, tsk);
 230 }
 231
 232 #ifdef CONFIG_S390_EXEC_PROTECT
 233 static noinline int signal_return(struct pt_regs *regs, long int_code,
 234                                   unsigned long trans_exc_code)
 235 {
 236         u16 instruction;
 237         int rc;
 238
 239         rc = __get_user(instruction, (u16 __user *) regs->psw.addr);
 240
 241         if (!rc && instruction == 0x0a77) {
 242                 clear_tsk_thread_flag(current, TIF_SINGLE_STEP);
 243                 if (is_compat_task())
 244                         sys32_sigreturn();
 245                 else
 246                         sys_sigreturn();
 247         } else if (!rc && instruction == 0x0aad) {
 248                 clear_tsk_thread_flag(current, TIF_SINGLE_STEP);
 249                 if (is_compat_task())
 250                         sys32_rt_sigreturn();
 251                 else
 252                         sys_rt_sigreturn();
 253         } else
 254                 do_sigsegv(regs, int_code, SEGV_MAPERR, trans_exc_code);
 255         return 0;
 256 }
 257 #endif /* CONFIG_S390_EXEC_PROTECT */
 258
 259 static noinline void do_fault_error(struct pt_regs *regs, long int_code,
 260                                     unsigned long trans_exc_code, int fault)
 261 {
 262         int si_code;
 263
 264         switch (fault) {
 265         case VM_FAULT_BADACCESS:
 266 #ifdef CONFIG_S390_EXEC_PROTECT
 267                 if ((regs->psw.mask & PSW_MASK_ASC) == PSW_ASC_SECONDARY &&
 268                     (trans_exc_code & 3) == 0) {
 269                         signal_return(regs, int_code, trans_exc_code);
 270                         break;
 271                 }
 272 #endif /* CONFIG_S390_EXEC_PROTECT */
 273         case VM_FAULT_BADMAP:
 274                 /* Bad memory access. Check if it is kernel or user space. */
 275                 if (regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE) {
 276                         /* User mode accesses just cause a SIGSEGV */
 277                         si_code = (fault == VM_FAULT_BADMAP) ?
 278                                 SEGV_MAPERR : SEGV_ACCERR;
 279                         do_sigsegv(regs, int_code, si_code, trans_exc_code);
 280                         return;
 281                 }
 282         case VM_FAULT_BADCONTEXT:
 283                 do_no_context(regs, int_code, trans_exc_code);
 284                 break;
 285         default: /* fault & VM_FAULT_ERROR */
 286                 if (fault & VM_FAULT_OOM)
 287                         pagefault_out_of_memory();
 288                 else if (fault & VM_FAULT_SIGBUS) {
 289                         /* Kernel mode? Handle exceptions or die */
 290                         if (!(regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE))
 291                                 do_no_context(regs, int_code, trans_exc_code);
 292                         else
 293                                 do_sigbus(regs, int_code, trans_exc_code);
 294                 } else
 295                         BUG();
 296                 break;
 297         }
 298 }
 299
 300 /*
 301  * This routine handles page faults.  It determines the address,
 302  * and the problem, and then passes it off to one of the appropriate
 303  * routines.
 304  *
 305  * interruption code (int_code):
 306  *   04       Protection           ->  Write-Protection  (suprression)
 307  *   10       Segment translation  ->  Not present       (nullification)
 308  *   11       Page translation     ->  Not present       (nullification)
 309  *   3b       Region third trans.  ->  Not present       (nullification)
 310  */
 311 static inline int do_exception(struct pt_regs *regs, int access,
 312                                unsigned long trans_exc_code)
 313 {
 314         struct task_struct *tsk;
 315         struct mm_struct *mm;
 316         struct vm_area_struct *vma;
 317         unsigned long address;
 318         int fault, write;
 319
 320         if (notify_page_fault(regs))
 321                 return 0;
 322
 323         tsk = current;
 324         mm = tsk->mm;
 325
 326         /*
 327          * Verify that the fault happened in user space, that
 328          * we are not in an interrupt and that there is a
 329          * user context.
 330          */
 331         fault = VM_FAULT_BADCONTEXT;
 332         if (unlikely(!user_space_fault(trans_exc_code) || in_atomic() || !mm))
 333                 goto out;
 334
 335         address = trans_exc_code & __FAIL_ADDR_MASK;
 336         /*
 337          * When we get here, the fault happened in the current
 338          * task's user address space, so we can switch on the
 339          * interrupts again and then search the VMAs
 340          */
 341         local_irq_enable();
 342         perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS, 1, 0, regs, address);
 343         down_read(&mm->mmap_sem);
 344
 345         fault = VM_FAULT_BADMAP;
 346         vma = find_vma(mm, address);
 347         if (!vma)
 348                 goto out_up;
 349
 350         if (unlikely(vma->vm_start > address)) {
 351                 if (!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN))
 352                         goto out_up;
 353                 if (expand_stack(vma, address))
 354                         goto out_up;
 355         }
 356
 357         /*
 358          * Ok, we have a good vm_area for this memory access, so
 359          * we can handle it..
 360          */
 361         fault = VM_FAULT_BADACCESS;
 362         if (unlikely(!(vma->vm_flags & access)))
 363                 goto out_up;
 364
 365         if (is_vm_hugetlb_page(vma))
 366                 address &= HPAGE_MASK;
 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         write = (access == VM_WRITE ||
 373                  (trans_exc_code & store_indication) == 0x400) ?
 374                 FAULT_FLAG_WRITE : 0;
 375         fault = handle_mm_fault(mm, vma, address, write);
 376         if (unlikely(fault & VM_FAULT_ERROR))
 377                 goto out_up;
 378
 379         if (fault & VM_FAULT_MAJOR) {
 380                 tsk->maj_flt++;
 381                 perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS_MAJ, 1, 0,
 382                                      regs, address);
 383         } else {
 384                 tsk->min_flt++;
 385                 perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS_MIN, 1, 0,
 386                                      regs, address);
 387         }
 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(tsk, TIF_SINGLE_STEP);
 393         fault = 0;
 394 out_up:
 395         up_read(&mm->mmap_sem);
 396 out:
 397         return fault;
 398 }
 399
 400 void __kprobes do_protection_exception(struct pt_regs *regs, long int_code)
 401 {
 402         unsigned long trans_exc_code = S390_lowcore.trans_exc_code;
 403         int fault;
 404
 405         /* Protection exception is supressing, decrement psw address. */
 406         regs->psw.addr -= (int_code >> 16);
 407         /*
 408          * Check for low-address protection.  This needs to be treated
 409          * as a special case because the translation exception code
 410          * field is not guaranteed to contain valid data in this case.
 411          */
 412         if (unlikely(!(trans_exc_code & 4))) {
 413                 do_low_address(regs, int_code, trans_exc_code);
 414                 return;
 415         }
 416         fault = do_exception(regs, VM_WRITE, trans_exc_code);
 417         if (unlikely(fault))
 418                 do_fault_error(regs, 4, trans_exc_code, fault);
 419 }
 420
 421 void __kprobes do_dat_exception(struct pt_regs *regs, long int_code)
 422 {
 423         unsigned long trans_exc_code = S390_lowcore.trans_exc_code;
 424         int access, fault;
 425
 426         access = VM_READ | VM_EXEC | VM_WRITE;
 427 #ifdef CONFIG_S390_EXEC_PROTECT
 428         if ((regs->psw.mask & PSW_MASK_ASC) == PSW_ASC_SECONDARY &&
 429             (trans_exc_code & 3) == 0)
 430                 access = VM_EXEC;
 431 #endif
 432         fault = do_exception(regs, access, trans_exc_code);
 433         if (unlikely(fault))
 434                 do_fault_error(regs, int_code & 255, trans_exc_code, fault);
 435 }
 436
 437 #ifdef CONFIG_64BIT
 438 void __kprobes do_asce_exception(struct pt_regs *regs, long int_code)
 439 {
 440         unsigned long trans_exc_code = S390_lowcore.trans_exc_code;
 441         struct mm_struct *mm = current->mm;
 442         struct vm_area_struct *vma;
 443
 444         if (unlikely(!user_space_fault(trans_exc_code) || in_atomic() || !mm))
 445                 goto no_context;
 446
 447         local_irq_enable();
 448
 449         down_read(&mm->mmap_sem);
 450         vma = find_vma(mm, trans_exc_code & __FAIL_ADDR_MASK);
 451         up_read(&mm->mmap_sem);
 452
 453         if (vma) {
 454                 update_mm(mm, current);
 455                 return;
 456         }
 457
 458         /* User mode accesses just cause a SIGSEGV */
 459         if (regs->psw.mask & PSW_MASK_PSTATE) {
 460                 do_sigsegv(regs, int_code, SEGV_MAPERR, trans_exc_code);
 461                 return;
 462         }
 463
 464 no_context:
 465         do_no_context(regs, int_code, trans_exc_code);
 466 }
 467 #endif
 468
 469 int __handle_fault(unsigned long uaddr, unsigned long int_code, int write_user)
 470 {
 471         struct pt_regs regs;
 472         int access, fault;
 473
 474         regs.psw.mask = psw_kernel_bits;
 475         if (!irqs_disabled())
 476                 regs.psw.mask |= PSW_MASK_IO | PSW_MASK_EXT;
 477         regs.psw.addr = (unsigned long) __builtin_return_address(0);
 478         regs.psw.addr |= PSW_ADDR_AMODE;
 479         uaddr &= PAGE_MASK;
 480         access = write_user ? VM_WRITE : VM_READ;
 481         fault = do_exception(&regs, access, uaddr | 2);
 482         if (unlikely(fault)) {
 483                 if (fault & VM_FAULT_OOM) {
 484                         pagefault_out_of_memory();
 485                         fault = 0;
 486                 } else if (fault & VM_FAULT_SIGBUS)
 487                         do_sigbus(&regs, int_code, uaddr);
 488         }
 489         return fault ? -EFAULT : 0;
 490 }
 491
 492 #ifdef CONFIG_PFAULT
 493 /*
 494  * 'pfault' pseudo page faults routines.
 495  */
 496 static ext_int_info_t ext_int_pfault;
 497 static int pfault_disable = 0;
 498
 499 static int __init nopfault(char *str)
 500 {
 501         pfault_disable = 1;
 502         return 1;
 503 }
 504
 505 __setup("nopfault", nopfault);
 506
 507 typedef struct {
 508         __u16 refdiagc;
 509         __u16 reffcode;
 510         __u16 refdwlen;
 511         __u16 refversn;
 512         __u64 refgaddr;
 513         __u64 refselmk;
 514         __u64 refcmpmk;
 515         __u64 reserved;
 516 } __attribute__ ((packed, aligned(8))) pfault_refbk_t;
 517
 518 int pfault_init(void)
 519 {
 520         pfault_refbk_t refbk =
 521                 { 0x258, 0, 5, 2, __LC_CURRENT, 1ULL << 48, 1ULL << 48,
 522                   __PF_RES_FIELD };
 523         int rc;
 524
 525         if (!MACHINE_IS_VM || pfault_disable)
 526                 return -1;
 527         asm volatile(
 528                 "       diag    %1,%0,0x258\n"
 529                 "0:     j       2f\n"
 530                 "1:     la      %0,8\n"
 531                 "2:\n"
 532                 EX_TABLE(0b,1b)
 533                 : "=d" (rc) : "a" (&refbk), "m" (refbk) : "cc");
 534         __ctl_set_bit(0, 9);
 535         return rc;
 536 }
 537
 538 void pfault_fini(void)
 539 {
 540         pfault_refbk_t refbk =
 541         { 0x258, 1, 5, 2, 0ULL, 0ULL, 0ULL, 0ULL };
 542
 543         if (!MACHINE_IS_VM || pfault_disable)
 544                 return;
 545         __ctl_clear_bit(0,9);
 546         asm volatile(
 547                 "       diag    %0,0,0x258\n"
 548                 "0:\n"
 549                 EX_TABLE(0b,0b)
 550                 : : "a" (&refbk), "m" (refbk) : "cc");
 551 }
 552
 553 static void pfault_interrupt(__u16 int_code)
 554 {
 555         struct task_struct *tsk;
 556         __u16 subcode;
 557
 558         /*
 559          * Get the external interruption subcode & pfault
 560          * initial/completion signal bit. VM stores this
 561          * in the 'cpu address' field associated with the
 562          * external interrupt.
 563          */
 564         subcode = S390_lowcore.cpu_addr;
 565         if ((subcode & 0xff00) != __SUBCODE_MASK)
 566                 return;
 567
 568         /*
 569          * Get the token (= address of the task structure of the affected task).
 570          */
 571         tsk = *(struct task_struct **) __LC_PFAULT_INTPARM;
 572
 573         if (subcode & 0x0080) {
 574                 /* signal bit is set -> a page has been swapped in by VM */
 575                 if (xchg(&tsk->thread.pfault_wait, -1) != 0) {
 576                         /* Initial interrupt was faster than the completion
 577                          * interrupt. pfault_wait is valid. Set pfault_wait
 578                          * back to zero and wake up the process. This can
 579                          * safely be done because the task is still sleeping
 580                          * and can't produce new pfaults. */
 581                         tsk->thread.pfault_wait = 0;
 582                         wake_up_process(tsk);
 583                         put_task_struct(tsk);
 584                 }
 585         } else {
 586                 /* signal bit not set -> a real page is missing. */
 587                 get_task_struct(tsk);
 588                 set_task_state(tsk, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 589                 if (xchg(&tsk->thread.pfault_wait, 1) != 0) {
 590                         /* Completion interrupt was faster than the initial
 591                          * interrupt (swapped in a -1 for pfault_wait). Set
 592                          * pfault_wait back to zero and exit. This can be
 593                          * done safely because tsk is running in kernel
 594                          * mode and can't produce new pfaults. */
 595                         tsk->thread.pfault_wait = 0;
 596                         set_task_state(tsk, TASK_RUNNING);
 597                         put_task_struct(tsk);
 598                 } else
 599                         set_tsk_need_resched(tsk);
 600         }
 601 }
 602
 603 void __init pfault_irq_init(void)
 604 {
 605         if (!MACHINE_IS_VM)
 606                 return;
 607
 608         /*
 609          * Try to get pfault pseudo page faults going.
 610          */
 611         if (register_early_external_interrupt(0x2603, pfault_interrupt,
 612                                               &ext_int_pfault) != 0)
 613                 panic("Couldn't request external interrupt 0x2603");
 614
 615         if (pfault_init() == 0)
 616                 return;
 617
 618         /* Tough luck, no pfault. */
 619         pfault_disable = 1;
 620         unregister_early_external_interrupt(0x2603, pfault_interrupt,
 621                                             &ext_int_pfault);
 622 }
 623 #endif