arch/powerpc/mm/fault.c

   1 /*
   2  *  PowerPC version
   3  *    Copyright (C) 1995-1996 Gary Thomas (gdt@linuxppc.org)
   4  *
   5  *  Derived from "arch/i386/mm/fault.c"
   6  *    Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
   7  *
   8  *  Modified by Cort Dougan and Paul Mackerras.
   9  *
  10  *  Modified for PPC64 by Dave Engebretsen (engebret@ibm.com)
  11  *
  12  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
  13  *  modify it under the terms of the GNU General Public License
  14  *  as published by the Free Software Foundation; either version
  15  *  2 of the License, or (at your option) any later version.
  16  */
  17
  18 #include <linux/signal.h>
  19 #include <linux/sched.h>
  20 #include <linux/sched/task_stack.h>
  21 #include <linux/kernel.h>
  22 #include <linux/errno.h>
  23 #include <linux/string.h>
  24 #include <linux/types.h>
  25 #include <linux/ptrace.h>
  26 #include <linux/mman.h>
  27 #include <linux/mm.h>
  28 #include <linux/interrupt.h>
  29 #include <linux/highmem.h>
  30 #include <linux/extable.h>
  31 #include <linux/kprobes.h>
  32 #include <linux/kdebug.h>
  33 #include <linux/perf_event.h>
  34 #include <linux/ratelimit.h>
  35 #include <linux/context_tracking.h>
  36 #include <linux/hugetlb.h>
  37 #include <linux/uaccess.h>
  38
  39 #include <asm/firmware.h>
  40 #include <asm/page.h>
  41 #include <asm/pgtable.h>
  42 #include <asm/mmu.h>
  43 #include <asm/mmu_context.h>
  44 #include <asm/tlbflush.h>
  45 #include <asm/siginfo.h>
  46 #include <asm/debug.h>
  47
  48 static inline bool notify_page_fault(struct pt_regs *regs)
  49 {
  50         bool ret = false;
  51
  52 #ifdef CONFIG_KPROBES
  53         /* kprobe_running() needs smp_processor_id() */
  54         if (!user_mode(regs)) {
  55                 preempt_disable();
  56                 if (kprobe_running() && kprobe_fault_handler(regs, 11))
  57                         ret = true;
  58                 preempt_enable();
  59         }
  60 #endif /* CONFIG_KPROBES */
  61
  62         if (unlikely(debugger_fault_handler(regs)))
  63                 ret = true;
  64
  65         return ret;
  66 }
  67
  68 /*
  69  * Check whether the instruction at regs->nip is a store using
  70  * an update addressing form which will update r1.
  71  */
  72 static bool store_updates_sp(struct pt_regs *regs)
  73 {
  74         unsigned int inst;
  75
  76         if (get_user(inst, (unsigned int __user *)regs->nip))
  77                 return false;
  78         /* check for 1 in the rA field */
  79         if (((inst >> 16) & 0x1f) != 1)
  80                 return false;
  81         /* check major opcode */
  82         switch (inst >> 26) {
  83         case 37:        /* stwu */
  84         case 39:        /* stbu */
  85         case 45:        /* sthu */
  86         case 53:        /* stfsu */
  87         case 55:        /* stfdu */
  88                 return true;
  89         case 62:        /* std or stdu */
  90                 return (inst & 3) == 1;
  91         case 31:
  92                 /* check minor opcode */
  93                 switch ((inst >> 1) & 0x3ff) {
  94                 case 181:       /* stdux */
  95                 case 183:       /* stwux */
  96                 case 247:       /* stbux */
  97                 case 439:       /* sthux */
  98                 case 695:       /* stfsux */
  99                 case 759:       /* stfdux */
 100                         return true;
 101                 }
 102         }
 103         return false;
 104 }
 105 /*
 106  * do_page_fault error handling helpers
 107  */
 108
 109 static int
 110 __bad_area_nosemaphore(struct pt_regs *regs, unsigned long address, int si_code)
 111 {
 112         /*
 113          * If we are in kernel mode, bail out with a SEGV, this will
 114          * be caught by the assembly which will restore the non-volatile
 115          * registers before calling bad_page_fault()
 116          */
 117         if (!user_mode(regs))
 118                 return SIGSEGV;
 119
 120         _exception(SIGSEGV, regs, si_code, address);
 121
 122         return 0;
 123 }
 124
 125 static noinline int bad_area_nosemaphore(struct pt_regs *regs, unsigned long address)
 126 {
 127         return __bad_area_nosemaphore(regs, address, SEGV_MAPERR);
 128 }
 129
 130 static int __bad_area(struct pt_regs *regs, unsigned long address, int si_code)
 131 {
 132         struct mm_struct *mm = current->mm;
 133
 134         /*
 135          * Something tried to access memory that isn't in our memory map..
 136          * Fix it, but check if it's kernel or user first..
 137          */
 138         up_read(&mm->mmap_sem);
 139
 140         return __bad_area_nosemaphore(regs, address, si_code);
 141 }
 142
 143 static noinline int bad_area(struct pt_regs *regs, unsigned long address)
 144 {
 145         return __bad_area(regs, address, SEGV_MAPERR);
 146 }
 147
 148 static int do_sigbus(struct pt_regs *regs, unsigned long address,
 149                      unsigned int fault)
 150 {
 151         siginfo_t info;
 152         unsigned int lsb = 0;
 153
 154         if (!user_mode(regs))
 155                 return SIGBUS;
 156
 157         current->thread.trap_nr = BUS_ADRERR;
 158         info.si_signo = SIGBUS;
 159         info.si_errno = 0;
 160         info.si_code = BUS_ADRERR;
 161         info.si_addr = (void __user *)address;
 162 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
 163         if (fault & (VM_FAULT_HWPOISON|VM_FAULT_HWPOISON_LARGE)) {
 164                 pr_err("MCE: Killing %s:%d due to hardware memory corruption fault at %lx\n",
 165                         current->comm, current->pid, address);
 166                 info.si_code = BUS_MCEERR_AR;
 167         }
 168
 169         if (fault & VM_FAULT_HWPOISON_LARGE)
 170                 lsb = hstate_index_to_shift(VM_FAULT_GET_HINDEX(fault));
 171         if (fault & VM_FAULT_HWPOISON)
 172                 lsb = PAGE_SHIFT;
 173 #endif
 174         info.si_addr_lsb = lsb;
 175         force_sig_info(SIGBUS, &info, current);
 176         return 0;
 177 }
 178
 179 static int mm_fault_error(struct pt_regs *regs, unsigned long addr, int fault)
 180 {
 181         /*
 182          * Kernel page fault interrupted by SIGKILL. We have no reason to
 183          * continue processing.
 184          */
 185         if (fatal_signal_pending(current) && !user_mode(regs))
 186                 return SIGKILL;
 187
 188         /* Out of memory */
 189         if (fault & VM_FAULT_OOM) {
 190                 /*
 191                  * We ran out of memory, or some other thing happened to us that
 192                  * made us unable to handle the page fault gracefully.
 193                  */
 194                 if (!user_mode(regs))
 195                         return SIGSEGV;
 196                 pagefault_out_of_memory();
 197         } else {
 198                 if (fault & (VM_FAULT_SIGBUS|VM_FAULT_HWPOISON|
 199                              VM_FAULT_HWPOISON_LARGE))
 200                         return do_sigbus(regs, addr, fault);
 201                 else if (fault & VM_FAULT_SIGSEGV)
 202                         return bad_area_nosemaphore(regs, addr);
 203                 else
 204                         BUG();
 205         }
 206         return 0;
 207 }
 208
 209 /* Is this a bad kernel fault ? */
 210 static bool bad_kernel_fault(bool is_exec, unsigned long error_code,
 211                              unsigned long address)
 212 {
 213         if (is_exec && (error_code & (DSISR_NOEXEC_OR_G | DSISR_KEYFAULT))) {
 214                 printk_ratelimited(KERN_CRIT "kernel tried to execute"
 215                                    " exec-protected page (%lx) -"
 216                                    "exploit attempt? (uid: %d)\n",
 217                                    address, from_kuid(&init_user_ns,
 218                                                       current_uid()));
 219         }
 220         return is_exec || (address >= TASK_SIZE);
 221 }
 222
 223 static bool bad_stack_expansion(struct pt_regs *regs, unsigned long address,
 224                                 struct vm_area_struct *vma,
 225                                 bool store_update_sp)
 226 {
 227         /*
 228          * N.B. The POWER/Open ABI allows programs to access up to
 229          * 288 bytes below the stack pointer.
 230          * The kernel signal delivery code writes up to about 1.5kB
 231          * below the stack pointer (r1) before decrementing it.
 232          * The exec code can write slightly over 640kB to the stack
 233          * before setting the user r1.  Thus we allow the stack to
 234          * expand to 1MB without further checks.
 235          */
 236         if (address + 0x100000 < vma->vm_end) {
 237                 /* get user regs even if this fault is in kernel mode */
 238                 struct pt_regs *uregs = current->thread.regs;
 239                 if (uregs == NULL)
 240                         return true;
 241
 242                 /*
 243                  * A user-mode access to an address a long way below
 244                  * the stack pointer is only valid if the instruction
 245                  * is one which would update the stack pointer to the
 246                  * address accessed if the instruction completed,
 247                  * i.e. either stwu rs,n(r1) or stwux rs,r1,rb
 248                  * (or the byte, halfword, float or double forms).
 249                  *
 250                  * If we don't check this then any write to the area
 251                  * between the last mapped region and the stack will
 252                  * expand the stack rather than segfaulting.
 253                  */
 254                 if (address + 2048 < uregs->gpr[1] && !store_update_sp)
 255                         return true;
 256         }
 257         return false;
 258 }
 259
 260 static bool access_error(bool is_write, bool is_exec,
 261                          struct vm_area_struct *vma)
 262 {
 263         /*
 264          * Allow execution from readable areas if the MMU does not
 265          * provide separate controls over reading and executing.
 266          *
 267          * Note: That code used to not be enabled for 4xx/BookE.
 268          * It is now as I/D cache coherency for these is done at
 269          * set_pte_at() time and I see no reason why the test
 270          * below wouldn't be valid on those processors. This -may-
 271          * break programs compiled with a really old ABI though.
 272          */
 273         if (is_exec) {
 274                 return !(vma->vm_flags & VM_EXEC) &&
 275                         (cpu_has_feature(CPU_FTR_NOEXECUTE) ||
 276                          !(vma->vm_flags & (VM_READ | VM_WRITE)));
 277         }
 278
 279         if (is_write) {
 280                 if (unlikely(!(vma->vm_flags & VM_WRITE)))
 281                         return true;
 282                 return false;
 283         }
 284
 285         if (unlikely(!(vma->vm_flags & (VM_READ | VM_EXEC | VM_WRITE))))
 286                 return true;
 287
 288         return false;
 289 }
 290
 291 #ifdef CONFIG_PPC_SMLPAR
 292 static inline void cmo_account_page_fault(void)
 293 {
 294         if (firmware_has_feature(FW_FEATURE_CMO)) {
 295                 u32 page_ins;
 296
 297                 preempt_disable();
 298                 page_ins = be32_to_cpu(get_lppaca()->page_ins);
 299                 page_ins += 1 << PAGE_FACTOR;
 300                 get_lppaca()->page_ins = cpu_to_be32(page_ins);
 301                 preempt_enable();
 302         }
 303 }
 304 #else
 305 static inline void cmo_account_page_fault(void) { }
 306 #endif /* CONFIG_PPC_SMLPAR */
 307
 308 #ifdef CONFIG_PPC_STD_MMU
 309 static void sanity_check_fault(bool is_write, unsigned long error_code)
 310 {
 311         /*
 312          * For hash translation mode, we should never get a
 313          * PROTFAULT. Any update to pte to reduce access will result in us
 314          * removing the hash page table entry, thus resulting in a DSISR_NOHPTE
 315          * fault instead of DSISR_PROTFAULT.
 316          *
 317          * A pte update to relax the access will not result in a hash page table
 318          * entry invalidate and hence can result in DSISR_PROTFAULT.
 319          * ptep_set_access_flags() doesn't do a hpte flush. This is why we have
 320          * the special !is_write in the below conditional.
 321          *
 322          * For platforms that doesn't supports coherent icache and do support
 323          * per page noexec bit, we do setup things such that we do the
 324          * sync between D/I cache via fault. But that is handled via low level
 325          * hash fault code (hash_page_do_lazy_icache()) and we should not reach
 326          * here in such case.
 327          *
 328          * For wrong access that can result in PROTFAULT, the above vma->vm_flags
 329          * check should handle those and hence we should fall to the bad_area
 330          * handling correctly.
 331          *
 332          * For embedded with per page exec support that doesn't support coherent
 333          * icache we do get PROTFAULT and we handle that D/I cache sync in
 334          * set_pte_at while taking the noexec/prot fault. Hence this is WARN_ON
 335          * is conditional for server MMU.
 336          *
 337          * For radix, we can get prot fault for autonuma case, because radix
 338          * page table will have them marked noaccess for user.
 339          */
 340         if (!radix_enabled() && !is_write)
 341                 WARN_ON_ONCE(error_code & DSISR_PROTFAULT);
 342 }
 343 #else
 344 static void sanity_check_fault(bool is_write, unsigned long error_code) { }
 345 #endif /* CONFIG_PPC_STD_MMU */
 346
 347 /*
 348  * Define the correct "is_write" bit in error_code based
 349  * on the processor family
 350  */
 351 #if (defined(CONFIG_4xx) || defined(CONFIG_BOOKE))
 352 #define page_fault_is_write(__err)      ((__err) & ESR_DST)
 353 #define page_fault_is_bad(__err)        (0)
 354 #else
 355 #define page_fault_is_write(__err)      ((__err) & DSISR_ISSTORE)
 356 #if defined(CONFIG_PPC_8xx)
 357 #define page_fault_is_bad(__err)        ((__err) & DSISR_NOEXEC_OR_G)
 358 #elif defined(CONFIG_PPC64)
 359 #define page_fault_is_bad(__err)        ((__err) & DSISR_BAD_FAULT_64S)
 360 #else
 361 #define page_fault_is_bad(__err)        ((__err) & DSISR_BAD_FAULT_32S)
 362 #endif
 363 #endif
 364
 365 /*
 366  * For 600- and 800-family processors, the error_code parameter is DSISR
 367  * for a data fault, SRR1 for an instruction fault. For 400-family processors
 368  * the error_code parameter is ESR for a data fault, 0 for an instruction
 369  * fault.
 370  * For 64-bit processors, the error_code parameter is
 371  *  - DSISR for a non-SLB data access fault,
 372  *  - SRR1 & 0x08000000 for a non-SLB instruction access fault
 373  *  - 0 any SLB fault.
 374  *
 375  * The return value is 0 if the fault was handled, or the signal
 376  * number if this is a kernel fault that can't be handled here.
 377  */
 378 static int __do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long address,
 379                            unsigned long error_code)
 380 {
 381         struct vm_area_struct * vma;
 382         struct mm_struct *mm = current->mm;
 383         unsigned int flags = FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY | FAULT_FLAG_KILLABLE;
 384         int is_exec = TRAP(regs) == 0x400;
 385         int is_user = user_mode(regs);
 386         int is_write = page_fault_is_write(error_code);
 387         int fault, major = 0;
 388         bool store_update_sp = false;
 389
 390         if (notify_page_fault(regs))
 391                 return 0;
 392
 393         if (unlikely(page_fault_is_bad(error_code))) {
 394                 if (is_user) {
 395                         _exception(SIGBUS, regs, BUS_OBJERR, address);
 396                         return 0;
 397                 }
 398                 return SIGBUS;
 399         }
 400
 401         /* Additional sanity check(s) */
 402         sanity_check_fault(is_write, error_code);
 403
 404         /*
 405          * The kernel should never take an execute fault nor should it
 406          * take a page fault to a kernel address.
 407          */
 408         if (unlikely(!is_user && bad_kernel_fault(is_exec, error_code, address)))
 409                 return SIGSEGV;
 410
 411         /*
 412          * If we're in an interrupt, have no user context or are running
 413          * in a region with pagefaults disabled then we must not take the fault
 414          */
 415         if (unlikely(faulthandler_disabled() || !mm)) {
 416                 if (is_user)
 417                         printk_ratelimited(KERN_ERR "Page fault in user mode"
 418                                            " with faulthandler_disabled()=%d"
 419                                            " mm=%p\n",
 420                                            faulthandler_disabled(), mm);
 421                 return bad_area_nosemaphore(regs, address);
 422         }
 423
 424         /* We restore the interrupt state now */
 425         if (!arch_irq_disabled_regs(regs))
 426                 local_irq_enable();
 427
 428         perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS, 1, regs, address);
 429
 430         /*
 431          * We want to do this outside mmap_sem, because reading code around nip
 432          * can result in fault, which will cause a deadlock when called with
 433          * mmap_sem held
 434          */
 435         if (is_write && is_user)
 436                 store_update_sp = store_updates_sp(regs);
 437
 438         if (is_user)
 439                 flags |= FAULT_FLAG_USER;
 440         if (is_write)
 441                 flags |= FAULT_FLAG_WRITE;
 442         if (is_exec)
 443                 flags |= FAULT_FLAG_INSTRUCTION;
 444
 445         /* When running in the kernel we expect faults to occur only to
 446          * addresses in user space.  All other faults represent errors in the
 447          * kernel and should generate an OOPS.  Unfortunately, in the case of an
 448          * erroneous fault occurring in a code path which already holds mmap_sem
 449          * we will deadlock attempting to validate the fault against the
 450          * address space.  Luckily the kernel only validly references user
 451          * space from well defined areas of code, which are listed in the
 452          * exceptions table.
 453          *
 454          * As the vast majority of faults will be valid we will only perform
 455          * the source reference check when there is a possibility of a deadlock.
 456          * Attempt to lock the address space, if we cannot we then validate the
 457          * source.  If this is invalid we can skip the address space check,
 458          * thus avoiding the deadlock.
 459          */
 460         if (unlikely(!down_read_trylock(&mm->mmap_sem))) {
 461                 if (!is_user && !search_exception_tables(regs->nip))
 462                         return bad_area_nosemaphore(regs, address);
 463
 464 retry:
 465                 down_read(&mm->mmap_sem);
 466         } else {
 467                 /*
 468                  * The above down_read_trylock() might have succeeded in
 469                  * which case we'll have missed the might_sleep() from
 470                  * down_read():
 471                  */
 472                 might_sleep();
 473         }
 474
 475         vma = find_vma(mm, address);
 476         if (unlikely(!vma))
 477                 return bad_area(regs, address);
 478         if (likely(vma->vm_start <= address))
 479                 goto good_area;
 480         if (unlikely(!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN)))
 481                 return bad_area(regs, address);
 482
 483         /* The stack is being expanded, check if it's valid */
 484         if (unlikely(bad_stack_expansion(regs, address, vma, store_update_sp)))
 485                 return bad_area(regs, address);
 486
 487         /* Try to expand it */
 488         if (unlikely(expand_stack(vma, address)))
 489                 return bad_area(regs, address);
 490
 491 good_area:
 492         if (unlikely(access_error(is_write, is_exec, vma)))
 493                 return bad_area(regs, address);
 494
 495         /*
 496          * If for any reason at all we couldn't handle the fault,
 497          * make sure we exit gracefully rather than endlessly redo
 498          * the fault.
 499          */
 500         fault = handle_mm_fault(vma, address, flags);
 501         major |= fault & VM_FAULT_MAJOR;
 502
 503         /*
 504          * Handle the retry right now, the mmap_sem has been released in that
 505          * case.
 506          */
 507         if (unlikely(fault & VM_FAULT_RETRY)) {
 508                 /* We retry only once */
 509                 if (flags & FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY) {
 510                         /*
 511                          * Clear FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY to avoid any risk
 512                          * of starvation.
 513                          */
 514                         flags &= ~FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY;
 515                         flags |= FAULT_FLAG_TRIED;
 516                         if (!fatal_signal_pending(current))
 517                                 goto retry;
 518                 }
 519
 520                 /*
 521                  * User mode? Just return to handle the fatal exception otherwise
 522                  * return to bad_page_fault
 523                  */
 524                 return is_user ? 0 : SIGBUS;
 525         }
 526
 527         up_read(&current->mm->mmap_sem);
 528
 529         if (unlikely(fault & VM_FAULT_ERROR))
 530                 return mm_fault_error(regs, address, fault);
 531
 532         /*
 533          * Major/minor page fault accounting.
 534          */
 535         if (major) {
 536                 current->maj_flt++;
 537                 perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS_MAJ, 1, regs, address);
 538                 cmo_account_page_fault();
 539         } else {
 540                 current->min_flt++;
 541                 perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS_MIN, 1, regs, address);
 542         }
 543         return 0;
 544 }
 545 NOKPROBE_SYMBOL(__do_page_fault);
 546
 547 int do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long address,
 548                   unsigned long error_code)
 549 {
 550         enum ctx_state prev_state = exception_enter();
 551         int rc = __do_page_fault(regs, address, error_code);
 552         exception_exit(prev_state);
 553         return rc;
 554 }
 555 NOKPROBE_SYMBOL(do_page_fault);
 556
 557 /*
 558  * bad_page_fault is called when we have a bad access from the kernel.
 559  * It is called from the DSI and ISI handlers in head.S and from some
 560  * of the procedures in traps.c.
 561  */
 562 void bad_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long address, int sig)
 563 {
 564         const struct exception_table_entry *entry;
 565
 566         /* Are we prepared to handle this fault?  */
 567         if ((entry = search_exception_tables(regs->nip)) != NULL) {
 568                 regs->nip = extable_fixup(entry);
 569                 return;
 570         }
 571
 572         /* kernel has accessed a bad area */
 573
 574         switch (regs->trap) {
 575         case 0x300:
 576         case 0x380:
 577                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel paging request for "
 578                         "data at address 0x%08lx\n", regs->dar);
 579                 break;
 580         case 0x400:
 581         case 0x480:
 582                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel paging request for "
 583                         "instruction fetch\n");
 584                 break;
 585         case 0x600:
 586                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel paging request for "
 587                         "unaligned access at address 0x%08lx\n", regs->dar);
 588                 break;
 589         default:
 590                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel paging request for "
 591                         "unknown fault\n");
 592                 break;
 593         }
 594         printk(KERN_ALERT "Faulting instruction address: 0x%08lx\n",
 595                 regs->nip);
 596
 597         if (task_stack_end_corrupted(current))
 598                 printk(KERN_ALERT "Thread overran stack, or stack corrupted\n");
 599
 600         die("Kernel access of bad area", regs, sig);
 601 }