]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - arch/x86/kernel/process_64.c
KVM: x86: fix RSM into 64-bit protected mode
[karo-tx-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/module.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
52 asmlinkage extern void ret_from_fork(void);
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 }
120
121 void release_thread(struct task_struct *dead_task)
122 {
123         if (dead_task->mm) {
124 #ifdef CONFIG_MODIFY_LDT_SYSCALL
125                 if (dead_task->mm->context.ldt) {
126                         pr_warn("WARNING: dead process %s still has LDT? <%p/%d>\n",
127                                 dead_task->comm,
128                                 dead_task->mm->context.ldt,
129                                 dead_task->mm->context.ldt->size);
130                         BUG();
131                 }
132 #endif
133         }
134 }
135
136 static inline void set_32bit_tls(struct task_struct *t, int tls, u32 addr)
137 {
138         struct user_desc ud = {
139                 .base_addr = addr,
140                 .limit = 0xfffff,
141                 .seg_32bit = 1,
142                 .limit_in_pages = 1,
143                 .useable = 1,
144         };
145         struct desc_struct *desc = t->thread.tls_array;
146         desc += tls;
147         fill_ldt(desc, &ud);
148 }
149
150 static inline u32 read_32bit_tls(struct task_struct *t, int tls)
151 {
152         return get_desc_base(&t->thread.tls_array[tls]);
153 }
154
155 int copy_thread_tls(unsigned long clone_flags, unsigned long sp,
156                 unsigned long arg, struct task_struct *p, unsigned long tls)
157 {
158         int err;
159         struct pt_regs *childregs;
160         struct task_struct *me = current;
161
162         p->thread.sp0 = (unsigned long)task_stack_page(p) + THREAD_SIZE;
163         childregs = task_pt_regs(p);
164         p->thread.sp = (unsigned long) childregs;
165         set_tsk_thread_flag(p, TIF_FORK);
166         p->thread.io_bitmap_ptr = NULL;
167
168         savesegment(gs, p->thread.gsindex);
169         p->thread.gs = p->thread.gsindex ? 0 : me->thread.gs;
170         savesegment(fs, p->thread.fsindex);
171         p->thread.fs = p->thread.fsindex ? 0 : me->thread.fs;
172         savesegment(es, p->thread.es);
173         savesegment(ds, p->thread.ds);
174         memset(p->thread.ptrace_bps, 0, sizeof(p->thread.ptrace_bps));
175
176         if (unlikely(p->flags & PF_KTHREAD)) {
177                 /* kernel thread */
178                 memset(childregs, 0, sizeof(struct pt_regs));
179                 childregs->sp = (unsigned long)childregs;
180                 childregs->ss = __KERNEL_DS;
181                 childregs->bx = sp; /* function */
182                 childregs->bp = arg;
183                 childregs->orig_ax = -1;
184                 childregs->cs = __KERNEL_CS | get_kernel_rpl();
185                 childregs->flags = X86_EFLAGS_IF | X86_EFLAGS_FIXED;
186                 return 0;
187         }
188         *childregs = *current_pt_regs();
189
190         childregs->ax = 0;
191         if (sp)
192                 childregs->sp = sp;
193
194         err = -ENOMEM;
195         if (unlikely(test_tsk_thread_flag(me, TIF_IO_BITMAP))) {
196                 p->thread.io_bitmap_ptr = kmemdup(me->thread.io_bitmap_ptr,
197                                                   IO_BITMAP_BYTES, GFP_KERNEL);
198                 if (!p->thread.io_bitmap_ptr) {
199                         p->thread.io_bitmap_max = 0;
200                         return -ENOMEM;
201                 }
202                 set_tsk_thread_flag(p, TIF_IO_BITMAP);
203         }
204
205         /*
206          * Set a new TLS for the child thread?
207          */
208         if (clone_flags & CLONE_SETTLS) {
209 #ifdef CONFIG_IA32_EMULATION
210                 if (is_ia32_task())
211                         err = do_set_thread_area(p, -1,
212                                 (struct user_desc __user *)tls, 0);
213                 else
214 #endif
215                         err = do_arch_prctl(p, ARCH_SET_FS, tls);
216                 if (err)
217                         goto out;
218         }
219         err = 0;
220 out:
221         if (err && p->thread.io_bitmap_ptr) {
222                 kfree(p->thread.io_bitmap_ptr);
223                 p->thread.io_bitmap_max = 0;
224         }
225
226         return err;
227 }
228
229 static void
230 start_thread_common(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip,
231                     unsigned long new_sp,
232                     unsigned int _cs, unsigned int _ss, unsigned int _ds)
233 {
234         loadsegment(fs, 0);
235         loadsegment(es, _ds);
236         loadsegment(ds, _ds);
237         load_gs_index(0);
238         regs->ip                = new_ip;
239         regs->sp                = new_sp;
240         regs->cs                = _cs;
241         regs->ss                = _ss;
242         regs->flags             = X86_EFLAGS_IF;
243         force_iret();
244 }
245
246 void
247 start_thread(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip, unsigned long new_sp)
248 {
249         start_thread_common(regs, new_ip, new_sp,
250                             __USER_CS, __USER_DS, 0);
251 }
252
253 #ifdef CONFIG_COMPAT
254 void compat_start_thread(struct pt_regs *regs, u32 new_ip, u32 new_sp)
255 {
256         start_thread_common(regs, new_ip, new_sp,
257                             test_thread_flag(TIF_X32)
258                             ? __USER_CS : __USER32_CS,
259                             __USER_DS, __USER_DS);
260 }
261 #endif
262
263 /*
264  *      switch_to(x,y) should switch tasks from x to y.
265  *
266  * This could still be optimized:
267  * - fold all the options into a flag word and test it with a single test.
268  * - could test fs/gs bitsliced
269  *
270  * Kprobes not supported here. Set the probe on schedule instead.
271  * Function graph tracer not supported too.
272  */
273 __visible __notrace_funcgraph struct task_struct *
274 __switch_to(struct task_struct *prev_p, struct task_struct *next_p)
275 {
276         struct thread_struct *prev = &prev_p->thread;
277         struct thread_struct *next = &next_p->thread;
278         struct fpu *prev_fpu = &prev->fpu;
279         struct fpu *next_fpu = &next->fpu;
280         int cpu = smp_processor_id();
281         struct tss_struct *tss = &per_cpu(cpu_tss, cpu);
282         unsigned fsindex, gsindex;
283         fpu_switch_t fpu_switch;
284
285         fpu_switch = switch_fpu_prepare(prev_fpu, next_fpu, cpu);
286
287         /* We must save %fs and %gs before load_TLS() because
288          * %fs and %gs may be cleared by load_TLS().
289          *
290          * (e.g. xen_load_tls())
291          */
292         savesegment(fs, fsindex);
293         savesegment(gs, gsindex);
294
295         /*
296          * Load TLS before restoring any segments so that segment loads
297          * reference the correct GDT entries.
298          */
299         load_TLS(next, cpu);
300
301         /*
302          * Leave lazy mode, flushing any hypercalls made here.  This
303          * must be done after loading TLS entries in the GDT but before
304          * loading segments that might reference them, and and it must
305          * be done before fpu__restore(), so the TS bit is up to
306          * date.
307          */
308         arch_end_context_switch(next_p);
309
310         /* Switch DS and ES.
311          *
312          * Reading them only returns the selectors, but writing them (if
313          * nonzero) loads the full descriptor from the GDT or LDT.  The
314          * LDT for next is loaded in switch_mm, and the GDT is loaded
315          * above.
316          *
317          * We therefore need to write new values to the segment
318          * registers on every context switch unless both the new and old
319          * values are zero.
320          *
321          * Note that we don't need to do anything for CS and SS, as
322          * those are saved and restored as part of pt_regs.
323          */
324         savesegment(es, prev->es);
325         if (unlikely(next->es | prev->es))
326                 loadsegment(es, next->es);
327
328         savesegment(ds, prev->ds);
329         if (unlikely(next->ds | prev->ds))
330                 loadsegment(ds, next->ds);
331
332         /*
333          * Switch FS and GS.
334          *
335          * These are even more complicated than FS and GS: they have
336          * 64-bit bases are that controlled by arch_prctl.  Those bases
337          * only differ from the values in the GDT or LDT if the selector
338          * is 0.
339          *
340          * Loading the segment register resets the hidden base part of
341          * the register to 0 or the value from the GDT / LDT.  If the
342          * next base address zero, writing 0 to the segment register is
343          * much faster than using wrmsr to explicitly zero the base.
344          *
345          * The thread_struct.fs and thread_struct.gs values are 0
346          * if the fs and gs bases respectively are not overridden
347          * from the values implied by fsindex and gsindex.  They
348          * are nonzero, and store the nonzero base addresses, if
349          * the bases are overridden.
350          *
351          * (fs != 0 && fsindex != 0) || (gs != 0 && gsindex != 0) should
352          * be impossible.
353          *
354          * Therefore we need to reload the segment registers if either
355          * the old or new selector is nonzero, and we need to override
356          * the base address if next thread expects it to be overridden.
357          *
358          * This code is unnecessarily slow in the case where the old and
359          * new indexes are zero and the new base is nonzero -- it will
360          * unnecessarily write 0 to the selector before writing the new
361          * base address.
362          *
363          * Note: This all depends on arch_prctl being the only way that
364          * user code can override the segment base.  Once wrfsbase and
365          * wrgsbase are enabled, most of this code will need to change.
366          */
367         if (unlikely(fsindex | next->fsindex | prev->fs)) {
368                 loadsegment(fs, next->fsindex);
369
370                 /*
371                  * If user code wrote a nonzero value to FS, then it also
372                  * cleared the overridden base address.
373                  *
374                  * XXX: if user code wrote 0 to FS and cleared the base
375                  * address itself, we won't notice and we'll incorrectly
376                  * restore the prior base address next time we reschdule
377                  * the process.
378                  */
379                 if (fsindex)
380                         prev->fs = 0;
381         }
382         if (next->fs)
383                 wrmsrl(MSR_FS_BASE, next->fs);
384         prev->fsindex = fsindex;
385
386         if (unlikely(gsindex | next->gsindex | prev->gs)) {
387                 load_gs_index(next->gsindex);
388
389                 /* This works (and fails) the same way as fsindex above. */
390                 if (gsindex)
391                         prev->gs = 0;
392         }
393         if (next->gs)
394                 wrmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, next->gs);
395         prev->gsindex = gsindex;
396
397         switch_fpu_finish(next_fpu, fpu_switch);
398
399         /*
400          * Switch the PDA and FPU contexts.
401          */
402         this_cpu_write(current_task, next_p);
403
404         /*
405          * If it were not for PREEMPT_ACTIVE we could guarantee that the
406          * preempt_count of all tasks was equal here and this would not be
407          * needed.
408          */
409         task_thread_info(prev_p)->saved_preempt_count = this_cpu_read(__preempt_count);
410         this_cpu_write(__preempt_count, task_thread_info(next_p)->saved_preempt_count);
411
412         /* Reload esp0 and ss1.  This changes current_thread_info(). */
413         load_sp0(tss, next);
414
415         /*
416          * Now maybe reload the debug registers and handle I/O bitmaps
417          */
418         if (unlikely(task_thread_info(next_p)->flags & _TIF_WORK_CTXSW_NEXT ||
419                      task_thread_info(prev_p)->flags & _TIF_WORK_CTXSW_PREV))
420                 __switch_to_xtra(prev_p, next_p, tss);
421
422         if (static_cpu_has_bug(X86_BUG_SYSRET_SS_ATTRS)) {
423                 /*
424                  * AMD CPUs have a misfeature: SYSRET sets the SS selector but
425                  * does not update the cached descriptor.  As a result, if we
426                  * do SYSRET while SS is NULL, we'll end up in user mode with
427                  * SS apparently equal to __USER_DS but actually unusable.
428                  *
429                  * The straightforward workaround would be to fix it up just
430                  * before SYSRET, but that would slow down the system call
431                  * fast paths.  Instead, we ensure that SS is never NULL in
432                  * system call context.  We do this by replacing NULL SS
433                  * selectors at every context switch.  SYSCALL sets up a valid
434                  * SS, so the only way to get NULL is to re-enter the kernel
435                  * from CPL 3 through an interrupt.  Since that can't happen
436                  * in the same task as a running syscall, we are guaranteed to
437                  * context switch between every interrupt vector entry and a
438                  * subsequent SYSRET.
439                  *
440                  * We read SS first because SS reads are much faster than
441                  * writes.  Out of caution, we force SS to __KERNEL_DS even if
442                  * it previously had a different non-NULL value.
443                  */
444                 unsigned short ss_sel;
445                 savesegment(ss, ss_sel);
446                 if (ss_sel != __KERNEL_DS)
447                         loadsegment(ss, __KERNEL_DS);
448         }
449
450         return prev_p;
451 }
452
453 void set_personality_64bit(void)
454 {
455         /* inherit personality from parent */
456
457         /* Make sure to be in 64bit mode */
458         clear_thread_flag(TIF_IA32);
459         clear_thread_flag(TIF_ADDR32);
460         clear_thread_flag(TIF_X32);
461
462         /* Ensure the corresponding mm is not marked. */
463         if (current->mm)
464                 current->mm->context.ia32_compat = 0;
465
466         /* TBD: overwrites user setup. Should have two bits.
467            But 64bit processes have always behaved this way,
468            so it's not too bad. The main problem is just that
469            32bit childs are affected again. */
470         current->personality &= ~READ_IMPLIES_EXEC;
471 }
472
473 void set_personality_ia32(bool x32)
474 {
475         /* inherit personality from parent */
476
477         /* Make sure to be in 32bit mode */
478         set_thread_flag(TIF_ADDR32);
479
480         /* Mark the associated mm as containing 32-bit tasks. */
481         if (x32) {
482                 clear_thread_flag(TIF_IA32);
483                 set_thread_flag(TIF_X32);
484                 if (current->mm)
485                         current->mm->context.ia32_compat = TIF_X32;
486                 current->personality &= ~READ_IMPLIES_EXEC;
487                 /* is_compat_task() uses the presence of the x32
488                    syscall bit flag to determine compat status */
489                 current_thread_info()->status &= ~TS_COMPAT;
490         } else {
491                 set_thread_flag(TIF_IA32);
492                 clear_thread_flag(TIF_X32);
493                 if (current->mm)
494                         current->mm->context.ia32_compat = TIF_IA32;
495                 current->personality |= force_personality32;
496                 /* Prepare the first "return" to user space */
497                 current_thread_info()->status |= TS_COMPAT;
498         }
499 }
500 EXPORT_SYMBOL_GPL(set_personality_ia32);
501
502 unsigned long get_wchan(struct task_struct *p)
503 {
504         unsigned long stack;
505         u64 fp, ip;
506         int count = 0;
507
508         if (!p || p == current || p->state == TASK_RUNNING)
509                 return 0;
510         stack = (unsigned long)task_stack_page(p);
511         if (p->thread.sp < stack || p->thread.sp >= stack+THREAD_SIZE)
512                 return 0;
513         fp = *(u64 *)(p->thread.sp);
514         do {
515                 if (fp < (unsigned long)stack ||
516                     fp >= (unsigned long)stack+THREAD_SIZE)
517                         return 0;
518                 ip = *(u64 *)(fp+8);
519                 if (!in_sched_functions(ip))
520                         return ip;
521                 fp = *(u64 *)fp;
522         } while (count++ < 16);
523         return 0;
524 }
525
526 long do_arch_prctl(struct task_struct *task, int code, unsigned long addr)
527 {
528         int ret = 0;
529         int doit = task == current;
530         int cpu;
531
532         switch (code) {
533         case ARCH_SET_GS:
534                 if (addr >= TASK_SIZE_OF(task))
535                         return -EPERM;
536                 cpu = get_cpu();
537                 /* handle small bases via the GDT because that's faster to
538                    switch. */
539                 if (addr <= 0xffffffff) {
540                         set_32bit_tls(task, GS_TLS, addr);
541                         if (doit) {
542                                 load_TLS(&task->thread, cpu);
543                                 load_gs_index(GS_TLS_SEL);
544                         }
545                         task->thread.gsindex = GS_TLS_SEL;
546                         task->thread.gs = 0;
547                 } else {
548                         task->thread.gsindex = 0;
549                         task->thread.gs = addr;
550                         if (doit) {
551                                 load_gs_index(0);
552                                 ret = wrmsrl_safe(MSR_KERNEL_GS_BASE, addr);
553                         }
554                 }
555                 put_cpu();
556                 break;
557         case ARCH_SET_FS:
558                 /* Not strictly needed for fs, but do it for symmetry
559                    with gs */
560                 if (addr >= TASK_SIZE_OF(task))
561                         return -EPERM;
562                 cpu = get_cpu();
563                 /* handle small bases via the GDT because that's faster to
564                    switch. */
565                 if (addr <= 0xffffffff) {
566                         set_32bit_tls(task, FS_TLS, addr);
567                         if (doit) {
568                                 load_TLS(&task->thread, cpu);
569                                 loadsegment(fs, FS_TLS_SEL);
570                         }
571                         task->thread.fsindex = FS_TLS_SEL;
572                         task->thread.fs = 0;
573                 } else {
574                         task->thread.fsindex = 0;
575                         task->thread.fs = addr;
576                         if (doit) {
577                                 /* set the selector to 0 to not confuse
578                                    __switch_to */
579                                 loadsegment(fs, 0);
580                                 ret = wrmsrl_safe(MSR_FS_BASE, addr);
581                         }
582                 }
583                 put_cpu();
584                 break;
585         case ARCH_GET_FS: {
586                 unsigned long base;
587                 if (task->thread.fsindex == FS_TLS_SEL)
588                         base = read_32bit_tls(task, FS_TLS);
589                 else if (doit)
590                         rdmsrl(MSR_FS_BASE, base);
591                 else
592                         base = task->thread.fs;
593                 ret = put_user(base, (unsigned long __user *)addr);
594                 break;
595         }
596         case ARCH_GET_GS: {
597                 unsigned long base;
598                 unsigned gsindex;
599                 if (task->thread.gsindex == GS_TLS_SEL)
600                         base = read_32bit_tls(task, GS_TLS);
601                 else if (doit) {
602                         savesegment(gs, gsindex);
603                         if (gsindex)
604                                 rdmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, base);
605                         else
606                                 base = task->thread.gs;
607                 } else
608                         base = task->thread.gs;
609                 ret = put_user(base, (unsigned long __user *)addr);
610                 break;
611         }
612
613         default:
614                 ret = -EINVAL;
615                 break;
616         }
617
618         return ret;
619 }
620
621 long sys_arch_prctl(int code, unsigned long addr)
622 {
623         return do_arch_prctl(current, code, addr);
624 }
625
626 unsigned long KSTK_ESP(struct task_struct *task)
627 {
628         return task_pt_regs(task)->sp;
629 }