ea138583dd92ac72014d95f60be2d5d0442029de
[linux-2.6-block.git] / arch / x86 / kernel / fpu / core.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  Copyright (C) 1994 Linus Torvalds
4  *
5  *  Pentium III FXSR, SSE support
6  *  General FPU state handling cleanups
7  *      Gareth Hughes <gareth@valinux.com>, May 2000
8  */
9 #include <asm/fpu/api.h>
10 #include <asm/fpu/regset.h>
11 #include <asm/fpu/sched.h>
12 #include <asm/fpu/signal.h>
13 #include <asm/fpu/types.h>
14 #include <asm/msr.h>
15 #include <asm/traps.h>
16 #include <asm/irq_regs.h>
17
18 #include <uapi/asm/kvm.h>
19
20 #include <linux/hardirq.h>
21 #include <linux/pkeys.h>
22 #include <linux/vmalloc.h>
23
24 #include "context.h"
25 #include "internal.h"
26 #include "legacy.h"
27 #include "xstate.h"
28
29 #define CREATE_TRACE_POINTS
30 #include <asm/trace/fpu.h>
31
32 #ifdef CONFIG_X86_64
33 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(__fpu_state_size_dynamic);
34 DEFINE_PER_CPU(u64, xfd_state);
35 #endif
36
37 /* The FPU state configuration data for kernel and user space */
38 struct fpu_state_config fpu_kernel_cfg __ro_after_init;
39 struct fpu_state_config fpu_user_cfg __ro_after_init;
40
41 /*
42  * Represents the initial FPU state. It's mostly (but not completely) zeroes,
43  * depending on the FPU hardware format:
44  */
45 struct fpstate init_fpstate __ro_after_init;
46
47 /*
48  * Track FPU initialization and kernel-mode usage. 'true' means the FPU is
49  * initialized and is not currently being used by the kernel:
50  */
51 DEFINE_PER_CPU(bool, kernel_fpu_allowed);
52
53 /*
54  * Track which context is using the FPU on the CPU:
55  */
56 DEFINE_PER_CPU(struct fpu *, fpu_fpregs_owner_ctx);
57
58 #ifdef CONFIG_X86_DEBUG_FPU
59 struct fpu *x86_task_fpu(struct task_struct *task)
60 {
61         if (WARN_ON_ONCE(task->flags & PF_KTHREAD))
62                 return NULL;
63
64         return (void *)task + sizeof(*task);
65 }
66 #endif
67
68 /*
69  * Can we use the FPU in kernel mode with the
70  * whole "kernel_fpu_begin/end()" sequence?
71  */
72 bool irq_fpu_usable(void)
73 {
74         if (WARN_ON_ONCE(in_nmi()))
75                 return false;
76
77         /*
78          * Return false in the following cases:
79          *
80          * - FPU is not yet initialized. This can happen only when the call is
81          *   coming from CPU onlining, for example for microcode checksumming.
82          * - The kernel is already using the FPU, either because of explicit
83          *   nesting (which should never be done), or because of implicit
84          *   nesting when a hardirq interrupted a kernel-mode FPU section.
85          *
86          * The single boolean check below handles both cases:
87          */
88         if (!this_cpu_read(kernel_fpu_allowed))
89                 return false;
90
91         /*
92          * When not in NMI or hard interrupt context, FPU can be used in:
93          *
94          * - Task context except from within fpregs_lock()'ed critical
95          *   regions.
96          *
97          * - Soft interrupt processing context which cannot happen
98          *   while in a fpregs_lock()'ed critical region.
99          */
100         if (!in_hardirq())
101                 return true;
102
103         /*
104          * In hard interrupt context it's safe when soft interrupts
105          * are enabled, which means the interrupt did not hit in
106          * a fpregs_lock()'ed critical region.
107          */
108         return !softirq_count();
109 }
110 EXPORT_SYMBOL(irq_fpu_usable);
111
112 /*
113  * Track AVX512 state use because it is known to slow the max clock
114  * speed of the core.
115  */
116 static void update_avx_timestamp(struct fpu *fpu)
117 {
118
119 #define AVX512_TRACKING_MASK    (XFEATURE_MASK_ZMM_Hi256 | XFEATURE_MASK_Hi16_ZMM)
120
121         if (fpu->fpstate->regs.xsave.header.xfeatures & AVX512_TRACKING_MASK)
122                 fpu->avx512_timestamp = jiffies;
123 }
124
125 /*
126  * Save the FPU register state in fpu->fpstate->regs. The register state is
127  * preserved.
128  *
129  * Must be called with fpregs_lock() held.
130  *
131  * The legacy FNSAVE instruction clears all FPU state unconditionally, so
132  * register state has to be reloaded. That might be a pointless exercise
133  * when the FPU is going to be used by another task right after that. But
134  * this only affects 20+ years old 32bit systems and avoids conditionals all
135  * over the place.
136  *
137  * FXSAVE and all XSAVE variants preserve the FPU register state.
138  */
139 void save_fpregs_to_fpstate(struct fpu *fpu)
140 {
141         if (likely(use_xsave())) {
142                 os_xsave(fpu->fpstate);
143                 update_avx_timestamp(fpu);
144                 return;
145         }
146
147         if (likely(use_fxsr())) {
148                 fxsave(&fpu->fpstate->regs.fxsave);
149                 return;
150         }
151
152         /*
153          * Legacy FPU register saving, FNSAVE always clears FPU registers,
154          * so we have to reload them from the memory state.
155          */
156         asm volatile("fnsave %[fp]; fwait" : [fp] "=m" (fpu->fpstate->regs.fsave));
157         frstor(&fpu->fpstate->regs.fsave);
158 }
159
160 void restore_fpregs_from_fpstate(struct fpstate *fpstate, u64 mask)
161 {
162         /*
163          * AMD K7/K8 and later CPUs up to Zen don't save/restore
164          * FDP/FIP/FOP unless an exception is pending. Clear the x87 state
165          * here by setting it to fixed values.  "m" is a random variable
166          * that should be in L1.
167          */
168         if (unlikely(static_cpu_has_bug(X86_BUG_FXSAVE_LEAK))) {
169                 asm volatile(
170                         "fnclex\n\t"
171                         "emms\n\t"
172                         "fildl %[addr]" /* set F?P to defined value */
173                         : : [addr] "m" (*fpstate));
174         }
175
176         if (use_xsave()) {
177                 /*
178                  * Dynamically enabled features are enabled in XCR0, but
179                  * usage requires also that the corresponding bits in XFD
180                  * are cleared.  If the bits are set then using a related
181                  * instruction will raise #NM. This allows to do the
182                  * allocation of the larger FPU buffer lazy from #NM or if
183                  * the task has no permission to kill it which would happen
184                  * via #UD if the feature is disabled in XCR0.
185                  *
186                  * XFD state is following the same life time rules as
187                  * XSTATE and to restore state correctly XFD has to be
188                  * updated before XRSTORS otherwise the component would
189                  * stay in or go into init state even if the bits are set
190                  * in fpstate::regs::xsave::xfeatures.
191                  */
192                 xfd_update_state(fpstate);
193
194                 /*
195                  * Restoring state always needs to modify all features
196                  * which are in @mask even if the current task cannot use
197                  * extended features.
198                  *
199                  * So fpstate->xfeatures cannot be used here, because then
200                  * a feature for which the task has no permission but was
201                  * used by the previous task would not go into init state.
202                  */
203                 mask = fpu_kernel_cfg.max_features & mask;
204
205                 os_xrstor(fpstate, mask);
206         } else {
207                 if (use_fxsr())
208                         fxrstor(&fpstate->regs.fxsave);
209                 else
210                         frstor(&fpstate->regs.fsave);
211         }
212 }
213
214 void fpu_reset_from_exception_fixup(void)
215 {
216         restore_fpregs_from_fpstate(&init_fpstate, XFEATURE_MASK_FPSTATE);
217 }
218
219 #if IS_ENABLED(CONFIG_KVM)
220 static void __fpstate_reset(struct fpstate *fpstate, u64 xfd);
221
222 static void fpu_lock_guest_permissions(void)
223 {
224         struct fpu_state_perm *fpuperm;
225         u64 perm;
226
227         if (!IS_ENABLED(CONFIG_X86_64))
228                 return;
229
230         spin_lock_irq(&current->sighand->siglock);
231         fpuperm = &x86_task_fpu(current->group_leader)->guest_perm;
232         perm = fpuperm->__state_perm;
233
234         /* First fpstate allocation locks down permissions. */
235         WRITE_ONCE(fpuperm->__state_perm, perm | FPU_GUEST_PERM_LOCKED);
236
237         spin_unlock_irq(&current->sighand->siglock);
238 }
239
240 bool fpu_alloc_guest_fpstate(struct fpu_guest *gfpu)
241 {
242         struct fpstate *fpstate;
243         unsigned int size;
244
245         size = fpu_kernel_cfg.default_size + ALIGN(offsetof(struct fpstate, regs), 64);
246         fpstate = vzalloc(size);
247         if (!fpstate)
248                 return false;
249
250         /* Leave xfd to 0 (the reset value defined by spec) */
251         __fpstate_reset(fpstate, 0);
252         fpstate_init_user(fpstate);
253         fpstate->is_valloc      = true;
254         fpstate->is_guest       = true;
255
256         gfpu->fpstate           = fpstate;
257         gfpu->xfeatures         = fpu_kernel_cfg.default_features;
258
259         /*
260          * KVM sets the FP+SSE bits in the XSAVE header when copying FPU state
261          * to userspace, even when XSAVE is unsupported, so that restoring FPU
262          * state on a different CPU that does support XSAVE can cleanly load
263          * the incoming state using its natural XSAVE.  In other words, KVM's
264          * uABI size may be larger than this host's default size.  Conversely,
265          * the default size should never be larger than KVM's base uABI size;
266          * all features that can expand the uABI size must be opt-in.
267          */
268         gfpu->uabi_size         = sizeof(struct kvm_xsave);
269         if (WARN_ON_ONCE(fpu_user_cfg.default_size > gfpu->uabi_size))
270                 gfpu->uabi_size = fpu_user_cfg.default_size;
271
272         fpu_lock_guest_permissions();
273
274         return true;
275 }
276 EXPORT_SYMBOL_GPL(fpu_alloc_guest_fpstate);
277
278 void fpu_free_guest_fpstate(struct fpu_guest *gfpu)
279 {
280         struct fpstate *fpstate = gfpu->fpstate;
281
282         if (!fpstate)
283                 return;
284
285         if (WARN_ON_ONCE(!fpstate->is_valloc || !fpstate->is_guest || fpstate->in_use))
286                 return;
287
288         gfpu->fpstate = NULL;
289         vfree(fpstate);
290 }
291 EXPORT_SYMBOL_GPL(fpu_free_guest_fpstate);
292
293 /*
294   * fpu_enable_guest_xfd_features - Check xfeatures against guest perm and enable
295   * @guest_fpu:         Pointer to the guest FPU container
296   * @xfeatures:         Features requested by guest CPUID
297   *
298   * Enable all dynamic xfeatures according to guest perm and requested CPUID.
299   *
300   * Return: 0 on success, error code otherwise
301   */
302 int fpu_enable_guest_xfd_features(struct fpu_guest *guest_fpu, u64 xfeatures)
303 {
304         lockdep_assert_preemption_enabled();
305
306         /* Nothing to do if all requested features are already enabled. */
307         xfeatures &= ~guest_fpu->xfeatures;
308         if (!xfeatures)
309                 return 0;
310
311         return __xfd_enable_feature(xfeatures, guest_fpu);
312 }
313 EXPORT_SYMBOL_GPL(fpu_enable_guest_xfd_features);
314
315 #ifdef CONFIG_X86_64
316 void fpu_update_guest_xfd(struct fpu_guest *guest_fpu, u64 xfd)
317 {
318         fpregs_lock();
319         guest_fpu->fpstate->xfd = xfd;
320         if (guest_fpu->fpstate->in_use)
321                 xfd_update_state(guest_fpu->fpstate);
322         fpregs_unlock();
323 }
324 EXPORT_SYMBOL_GPL(fpu_update_guest_xfd);
325
326 /**
327  * fpu_sync_guest_vmexit_xfd_state - Synchronize XFD MSR and software state
328  *
329  * Must be invoked from KVM after a VMEXIT before enabling interrupts when
330  * XFD write emulation is disabled. This is required because the guest can
331  * freely modify XFD and the state at VMEXIT is not guaranteed to be the
332  * same as the state on VMENTER. So software state has to be updated before
333  * any operation which depends on it can take place.
334  *
335  * Note: It can be invoked unconditionally even when write emulation is
336  * enabled for the price of a then pointless MSR read.
337  */
338 void fpu_sync_guest_vmexit_xfd_state(void)
339 {
340         struct fpstate *fpstate = x86_task_fpu(current)->fpstate;
341
342         lockdep_assert_irqs_disabled();
343         if (fpu_state_size_dynamic()) {
344                 rdmsrq(MSR_IA32_XFD, fpstate->xfd);
345                 __this_cpu_write(xfd_state, fpstate->xfd);
346         }
347 }
348 EXPORT_SYMBOL_GPL(fpu_sync_guest_vmexit_xfd_state);
349 #endif /* CONFIG_X86_64 */
350
351 int fpu_swap_kvm_fpstate(struct fpu_guest *guest_fpu, bool enter_guest)
352 {
353         struct fpstate *guest_fps = guest_fpu->fpstate;
354         struct fpu *fpu = x86_task_fpu(current);
355         struct fpstate *cur_fps = fpu->fpstate;
356
357         fpregs_lock();
358         if (!cur_fps->is_confidential && !test_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD))
359                 save_fpregs_to_fpstate(fpu);
360
361         /* Swap fpstate */
362         if (enter_guest) {
363                 fpu->__task_fpstate = cur_fps;
364                 fpu->fpstate = guest_fps;
365                 guest_fps->in_use = true;
366         } else {
367                 guest_fps->in_use = false;
368                 fpu->fpstate = fpu->__task_fpstate;
369                 fpu->__task_fpstate = NULL;
370         }
371
372         cur_fps = fpu->fpstate;
373
374         if (!cur_fps->is_confidential) {
375                 /* Includes XFD update */
376                 restore_fpregs_from_fpstate(cur_fps, XFEATURE_MASK_FPSTATE);
377         } else {
378                 /*
379                  * XSTATE is restored by firmware from encrypted
380                  * memory. Make sure XFD state is correct while
381                  * running with guest fpstate
382                  */
383                 xfd_update_state(cur_fps);
384         }
385
386         fpregs_mark_activate();
387         fpregs_unlock();
388         return 0;
389 }
390 EXPORT_SYMBOL_GPL(fpu_swap_kvm_fpstate);
391
392 void fpu_copy_guest_fpstate_to_uabi(struct fpu_guest *gfpu, void *buf,
393                                     unsigned int size, u64 xfeatures, u32 pkru)
394 {
395         struct fpstate *kstate = gfpu->fpstate;
396         union fpregs_state *ustate = buf;
397         struct membuf mb = { .p = buf, .left = size };
398
399         if (cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_XSAVE)) {
400                 __copy_xstate_to_uabi_buf(mb, kstate, xfeatures, pkru,
401                                           XSTATE_COPY_XSAVE);
402         } else {
403                 memcpy(&ustate->fxsave, &kstate->regs.fxsave,
404                        sizeof(ustate->fxsave));
405                 /* Make it restorable on a XSAVE enabled host */
406                 ustate->xsave.header.xfeatures = XFEATURE_MASK_FPSSE;
407         }
408 }
409 EXPORT_SYMBOL_GPL(fpu_copy_guest_fpstate_to_uabi);
410
411 int fpu_copy_uabi_to_guest_fpstate(struct fpu_guest *gfpu, const void *buf,
412                                    u64 xcr0, u32 *vpkru)
413 {
414         struct fpstate *kstate = gfpu->fpstate;
415         const union fpregs_state *ustate = buf;
416
417         if (!cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_XSAVE)) {
418                 if (ustate->xsave.header.xfeatures & ~XFEATURE_MASK_FPSSE)
419                         return -EINVAL;
420                 if (ustate->fxsave.mxcsr & ~mxcsr_feature_mask)
421                         return -EINVAL;
422                 memcpy(&kstate->regs.fxsave, &ustate->fxsave, sizeof(ustate->fxsave));
423                 return 0;
424         }
425
426         if (ustate->xsave.header.xfeatures & ~xcr0)
427                 return -EINVAL;
428
429         /*
430          * Nullify @vpkru to preserve its current value if PKRU's bit isn't set
431          * in the header.  KVM's odd ABI is to leave PKRU untouched in this
432          * case (all other components are eventually re-initialized).
433          */
434         if (!(ustate->xsave.header.xfeatures & XFEATURE_MASK_PKRU))
435                 vpkru = NULL;
436
437         return copy_uabi_from_kernel_to_xstate(kstate, ustate, vpkru);
438 }
439 EXPORT_SYMBOL_GPL(fpu_copy_uabi_to_guest_fpstate);
440 #endif /* CONFIG_KVM */
441
442 void kernel_fpu_begin_mask(unsigned int kfpu_mask)
443 {
444         if (!irqs_disabled())
445                 fpregs_lock();
446
447         WARN_ON_FPU(!irq_fpu_usable());
448
449         /* Toggle kernel_fpu_allowed to false: */
450         WARN_ON_FPU(!this_cpu_read(kernel_fpu_allowed));
451         this_cpu_write(kernel_fpu_allowed, false);
452
453         if (!(current->flags & (PF_KTHREAD | PF_USER_WORKER)) &&
454             !test_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD)) {
455                 set_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD);
456                 save_fpregs_to_fpstate(x86_task_fpu(current));
457         }
458         __cpu_invalidate_fpregs_state();
459
460         /* Put sane initial values into the control registers. */
461         if (likely(kfpu_mask & KFPU_MXCSR) && boot_cpu_has(X86_FEATURE_XMM))
462                 ldmxcsr(MXCSR_DEFAULT);
463
464         if (unlikely(kfpu_mask & KFPU_387) && boot_cpu_has(X86_FEATURE_FPU))
465                 asm volatile ("fninit");
466 }
467 EXPORT_SYMBOL_GPL(kernel_fpu_begin_mask);
468
469 void kernel_fpu_end(void)
470 {
471         /* Toggle kernel_fpu_allowed back to true: */
472         WARN_ON_FPU(this_cpu_read(kernel_fpu_allowed));
473         this_cpu_write(kernel_fpu_allowed, true);
474
475         if (!irqs_disabled())
476                 fpregs_unlock();
477 }
478 EXPORT_SYMBOL_GPL(kernel_fpu_end);
479
480 /*
481  * Sync the FPU register state to current's memory register state when the
482  * current task owns the FPU. The hardware register state is preserved.
483  */
484 void fpu_sync_fpstate(struct fpu *fpu)
485 {
486         WARN_ON_FPU(fpu != x86_task_fpu(current));
487
488         fpregs_lock();
489         trace_x86_fpu_before_save(fpu);
490
491         if (!test_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD))
492                 save_fpregs_to_fpstate(fpu);
493
494         trace_x86_fpu_after_save(fpu);
495         fpregs_unlock();
496 }
497
498 static inline unsigned int init_fpstate_copy_size(void)
499 {
500         if (!use_xsave())
501                 return fpu_kernel_cfg.default_size;
502
503         /* XSAVE(S) just needs the legacy and the xstate header part */
504         return sizeof(init_fpstate.regs.xsave);
505 }
506
507 static inline void fpstate_init_fxstate(struct fpstate *fpstate)
508 {
509         fpstate->regs.fxsave.cwd = 0x37f;
510         fpstate->regs.fxsave.mxcsr = MXCSR_DEFAULT;
511 }
512
513 /*
514  * Legacy x87 fpstate state init:
515  */
516 static inline void fpstate_init_fstate(struct fpstate *fpstate)
517 {
518         fpstate->regs.fsave.cwd = 0xffff037fu;
519         fpstate->regs.fsave.swd = 0xffff0000u;
520         fpstate->regs.fsave.twd = 0xffffffffu;
521         fpstate->regs.fsave.fos = 0xffff0000u;
522 }
523
524 /*
525  * Used in two places:
526  * 1) Early boot to setup init_fpstate for non XSAVE systems
527  * 2) fpu_alloc_guest_fpstate() which is invoked from KVM
528  */
529 void fpstate_init_user(struct fpstate *fpstate)
530 {
531         if (!cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_FPU)) {
532                 fpstate_init_soft(&fpstate->regs.soft);
533                 return;
534         }
535
536         xstate_init_xcomp_bv(&fpstate->regs.xsave, fpstate->xfeatures);
537
538         if (cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_FXSR))
539                 fpstate_init_fxstate(fpstate);
540         else
541                 fpstate_init_fstate(fpstate);
542 }
543
544 static void __fpstate_reset(struct fpstate *fpstate, u64 xfd)
545 {
546         /* Initialize sizes and feature masks */
547         fpstate->size           = fpu_kernel_cfg.default_size;
548         fpstate->user_size      = fpu_user_cfg.default_size;
549         fpstate->xfeatures      = fpu_kernel_cfg.default_features;
550         fpstate->user_xfeatures = fpu_user_cfg.default_features;
551         fpstate->xfd            = xfd;
552 }
553
554 void fpstate_reset(struct fpu *fpu)
555 {
556         /* Set the fpstate pointer to the default fpstate */
557         fpu->fpstate = &fpu->__fpstate;
558         __fpstate_reset(fpu->fpstate, init_fpstate.xfd);
559
560         /* Initialize the permission related info in fpu */
561         fpu->perm.__state_perm          = fpu_kernel_cfg.default_features;
562         fpu->perm.__state_size          = fpu_kernel_cfg.default_size;
563         fpu->perm.__user_state_size     = fpu_user_cfg.default_size;
564         /* Same defaults for guests */
565         fpu->guest_perm = fpu->perm;
566 }
567
568 static inline void fpu_inherit_perms(struct fpu *dst_fpu)
569 {
570         if (fpu_state_size_dynamic()) {
571                 struct fpu *src_fpu = x86_task_fpu(current->group_leader);
572
573                 spin_lock_irq(&current->sighand->siglock);
574                 /* Fork also inherits the permissions of the parent */
575                 dst_fpu->perm = src_fpu->perm;
576                 dst_fpu->guest_perm = src_fpu->guest_perm;
577                 spin_unlock_irq(&current->sighand->siglock);
578         }
579 }
580
581 /* A passed ssp of zero will not cause any update */
582 static int update_fpu_shstk(struct task_struct *dst, unsigned long ssp)
583 {
584 #ifdef CONFIG_X86_USER_SHADOW_STACK
585         struct cet_user_state *xstate;
586
587         /* If ssp update is not needed. */
588         if (!ssp)
589                 return 0;
590
591         xstate = get_xsave_addr(&x86_task_fpu(dst)->fpstate->regs.xsave,
592                                 XFEATURE_CET_USER);
593
594         /*
595          * If there is a non-zero ssp, then 'dst' must be configured with a shadow
596          * stack and the fpu state should be up to date since it was just copied
597          * from the parent in fpu_clone(). So there must be a valid non-init CET
598          * state location in the buffer.
599          */
600         if (WARN_ON_ONCE(!xstate))
601                 return 1;
602
603         xstate->user_ssp = (u64)ssp;
604 #endif
605         return 0;
606 }
607
608 /* Clone current's FPU state on fork */
609 int fpu_clone(struct task_struct *dst, unsigned long clone_flags, bool minimal,
610               unsigned long ssp)
611 {
612         /*
613          * We allocate the new FPU structure right after the end of the task struct.
614          * task allocation size already took this into account.
615          *
616          * This is safe because task_struct size is a multiple of cacheline size,
617          * thus x86_task_fpu() will always be cacheline aligned as well.
618          */
619         struct fpu *dst_fpu = (void *)dst + sizeof(*dst);
620
621         BUILD_BUG_ON(sizeof(*dst) % SMP_CACHE_BYTES != 0);
622
623         /* The new task's FPU state cannot be valid in the hardware. */
624         dst_fpu->last_cpu = -1;
625
626         fpstate_reset(dst_fpu);
627
628         if (!cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_FPU))
629                 return 0;
630
631         /*
632          * Enforce reload for user space tasks and prevent kernel threads
633          * from trying to save the FPU registers on context switch.
634          */
635         set_tsk_thread_flag(dst, TIF_NEED_FPU_LOAD);
636
637         /*
638          * No FPU state inheritance for kernel threads and IO
639          * worker threads.
640          */
641         if (minimal) {
642                 /* Clear out the minimal state */
643                 memcpy(&dst_fpu->fpstate->regs, &init_fpstate.regs,
644                        init_fpstate_copy_size());
645                 return 0;
646         }
647
648         /*
649          * If a new feature is added, ensure all dynamic features are
650          * caller-saved from here!
651          */
652         BUILD_BUG_ON(XFEATURE_MASK_USER_DYNAMIC != XFEATURE_MASK_XTILE_DATA);
653
654         /*
655          * Save the default portion of the current FPU state into the
656          * clone. Assume all dynamic features to be defined as caller-
657          * saved, which enables skipping both the expansion of fpstate
658          * and the copying of any dynamic state.
659          *
660          * Do not use memcpy() when TIF_NEED_FPU_LOAD is set because
661          * copying is not valid when current uses non-default states.
662          */
663         fpregs_lock();
664         if (test_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD))
665                 fpregs_restore_userregs();
666         save_fpregs_to_fpstate(dst_fpu);
667         fpregs_unlock();
668         if (!(clone_flags & CLONE_THREAD))
669                 fpu_inherit_perms(dst_fpu);
670
671         /*
672          * Children never inherit PASID state.
673          * Force it to have its init value:
674          */
675         if (use_xsave())
676                 dst_fpu->fpstate->regs.xsave.header.xfeatures &= ~XFEATURE_MASK_PASID;
677
678         /*
679          * Update shadow stack pointer, in case it changed during clone.
680          */
681         if (update_fpu_shstk(dst, ssp))
682                 return 1;
683
684         trace_x86_fpu_copy_dst(dst_fpu);
685
686         return 0;
687 }
688
689 /*
690  * While struct fpu is no longer part of struct thread_struct, it is still
691  * allocated after struct task_struct in the "task_struct" kmem cache. But
692  * since FPU is expected to be part of struct thread_struct, we have to
693  * adjust for it here.
694  */
695 void fpu_thread_struct_whitelist(unsigned long *offset, unsigned long *size)
696 {
697         /* The allocation follows struct task_struct. */
698         *offset = sizeof(struct task_struct) - offsetof(struct task_struct, thread);
699         *offset += offsetof(struct fpu, __fpstate.regs);
700         *size = fpu_kernel_cfg.default_size;
701 }
702
703 /*
704  * Drops current FPU state: deactivates the fpregs and
705  * the fpstate. NOTE: it still leaves previous contents
706  * in the fpregs in the eager-FPU case.
707  *
708  * This function can be used in cases where we know that
709  * a state-restore is coming: either an explicit one,
710  * or a reschedule.
711  */
712 void fpu__drop(struct task_struct *tsk)
713 {
714         struct fpu *fpu;
715
716         if (test_tsk_thread_flag(tsk, TIF_NEED_FPU_LOAD))
717                 return;
718
719         fpu = x86_task_fpu(tsk);
720
721         preempt_disable();
722
723         if (fpu == x86_task_fpu(current)) {
724                 /* Ignore delayed exceptions from user space */
725                 asm volatile("1: fwait\n"
726                              "2:\n"
727                              _ASM_EXTABLE(1b, 2b));
728                 fpregs_deactivate(fpu);
729         }
730
731         trace_x86_fpu_dropped(fpu);
732
733         preempt_enable();
734 }
735
736 /*
737  * Clear FPU registers by setting them up from the init fpstate.
738  * Caller must do fpregs_[un]lock() around it.
739  */
740 static inline void restore_fpregs_from_init_fpstate(u64 features_mask)
741 {
742         if (use_xsave())
743                 os_xrstor(&init_fpstate, features_mask);
744         else if (use_fxsr())
745                 fxrstor(&init_fpstate.regs.fxsave);
746         else
747                 frstor(&init_fpstate.regs.fsave);
748
749         pkru_write_default();
750 }
751
752 /*
753  * Reset current->fpu memory state to the init values.
754  */
755 static void fpu_reset_fpstate_regs(void)
756 {
757         struct fpu *fpu = x86_task_fpu(current);
758
759         fpregs_lock();
760         __fpu_invalidate_fpregs_state(fpu);
761         /*
762          * This does not change the actual hardware registers. It just
763          * resets the memory image and sets TIF_NEED_FPU_LOAD so a
764          * subsequent return to usermode will reload the registers from the
765          * task's memory image.
766          *
767          * Do not use fpstate_init() here. Just copy init_fpstate which has
768          * the correct content already except for PKRU.
769          *
770          * PKRU handling does not rely on the xstate when restoring for
771          * user space as PKRU is eagerly written in switch_to() and
772          * flush_thread().
773          */
774         memcpy(&fpu->fpstate->regs, &init_fpstate.regs, init_fpstate_copy_size());
775         set_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD);
776         fpregs_unlock();
777 }
778
779 /*
780  * Reset current's user FPU states to the init states.  current's
781  * supervisor states, if any, are not modified by this function.  The
782  * caller guarantees that the XSTATE header in memory is intact.
783  */
784 void fpu__clear_user_states(struct fpu *fpu)
785 {
786         WARN_ON_FPU(fpu != x86_task_fpu(current));
787
788         fpregs_lock();
789         if (!cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_FPU)) {
790                 fpu_reset_fpstate_regs();
791                 fpregs_unlock();
792                 return;
793         }
794
795         /*
796          * Ensure that current's supervisor states are loaded into their
797          * corresponding registers.
798          */
799         if (xfeatures_mask_supervisor() &&
800             !fpregs_state_valid(fpu, smp_processor_id()))
801                 os_xrstor_supervisor(fpu->fpstate);
802
803         /* Reset user states in registers. */
804         restore_fpregs_from_init_fpstate(XFEATURE_MASK_USER_RESTORE);
805
806         /*
807          * Now all FPU registers have their desired values.  Inform the FPU
808          * state machine that current's FPU registers are in the hardware
809          * registers. The memory image does not need to be updated because
810          * any operation relying on it has to save the registers first when
811          * current's FPU is marked active.
812          */
813         fpregs_mark_activate();
814         fpregs_unlock();
815 }
816
817 void fpu_flush_thread(void)
818 {
819         fpstate_reset(x86_task_fpu(current));
820         fpu_reset_fpstate_regs();
821 }
822 /*
823  * Load FPU context before returning to userspace.
824  */
825 void switch_fpu_return(void)
826 {
827         if (!static_cpu_has(X86_FEATURE_FPU))
828                 return;
829
830         fpregs_restore_userregs();
831 }
832 EXPORT_SYMBOL_GPL(switch_fpu_return);
833
834 void fpregs_lock_and_load(void)
835 {
836         /*
837          * fpregs_lock() only disables preemption (mostly). So modifying state
838          * in an interrupt could screw up some in progress fpregs operation.
839          * Warn about it.
840          */
841         WARN_ON_ONCE(!irq_fpu_usable());
842         WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_KTHREAD);
843
844         fpregs_lock();
845
846         fpregs_assert_state_consistent();
847
848         if (test_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD))
849                 fpregs_restore_userregs();
850 }
851
852 #ifdef CONFIG_X86_DEBUG_FPU
853 /*
854  * If current FPU state according to its tracking (loaded FPU context on this
855  * CPU) is not valid then we must have TIF_NEED_FPU_LOAD set so the context is
856  * loaded on return to userland.
857  */
858 void fpregs_assert_state_consistent(void)
859 {
860         struct fpu *fpu = x86_task_fpu(current);
861
862         if (test_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD))
863                 return;
864
865         WARN_ON_FPU(!fpregs_state_valid(fpu, smp_processor_id()));
866 }
867 EXPORT_SYMBOL_GPL(fpregs_assert_state_consistent);
868 #endif
869
870 void fpregs_mark_activate(void)
871 {
872         struct fpu *fpu = x86_task_fpu(current);
873
874         fpregs_activate(fpu);
875         fpu->last_cpu = smp_processor_id();
876         clear_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD);
877 }
878
879 /*
880  * x87 math exception handling:
881  */
882
883 int fpu__exception_code(struct fpu *fpu, int trap_nr)
884 {
885         int err;
886
887         if (trap_nr == X86_TRAP_MF) {
888                 unsigned short cwd, swd;
889                 /*
890                  * (~cwd & swd) will mask out exceptions that are not set to unmasked
891                  * status.  0x3f is the exception bits in these regs, 0x200 is the
892                  * C1 reg you need in case of a stack fault, 0x040 is the stack
893                  * fault bit.  We should only be taking one exception at a time,
894                  * so if this combination doesn't produce any single exception,
895                  * then we have a bad program that isn't synchronizing its FPU usage
896                  * and it will suffer the consequences since we won't be able to
897                  * fully reproduce the context of the exception.
898                  */
899                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_FXSR)) {
900                         cwd = fpu->fpstate->regs.fxsave.cwd;
901                         swd = fpu->fpstate->regs.fxsave.swd;
902                 } else {
903                         cwd = (unsigned short)fpu->fpstate->regs.fsave.cwd;
904                         swd = (unsigned short)fpu->fpstate->regs.fsave.swd;
905                 }
906
907                 err = swd & ~cwd;
908         } else {
909                 /*
910                  * The SIMD FPU exceptions are handled a little differently, as there
911                  * is only a single status/control register.  Thus, to determine which
912                  * unmasked exception was caught we must mask the exception mask bits
913                  * at 0x1f80, and then use these to mask the exception bits at 0x3f.
914                  */
915                 unsigned short mxcsr = MXCSR_DEFAULT;
916
917                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_XMM))
918                         mxcsr = fpu->fpstate->regs.fxsave.mxcsr;
919
920                 err = ~(mxcsr >> 7) & mxcsr;
921         }
922
923         if (err & 0x001) {      /* Invalid op */
924                 /*
925                  * swd & 0x240 == 0x040: Stack Underflow
926                  * swd & 0x240 == 0x240: Stack Overflow
927                  * User must clear the SF bit (0x40) if set
928                  */
929                 return FPE_FLTINV;
930         } else if (err & 0x004) { /* Divide by Zero */
931                 return FPE_FLTDIV;
932         } else if (err & 0x008) { /* Overflow */
933                 return FPE_FLTOVF;
934         } else if (err & 0x012) { /* Denormal, Underflow */
935                 return FPE_FLTUND;
936         } else if (err & 0x020) { /* Precision */
937                 return FPE_FLTRES;
938         }
939
940         /*
941          * If we're using IRQ 13, or supposedly even some trap
942          * X86_TRAP_MF implementations, it's possible
943          * we get a spurious trap, which is not an error.
944          */
945         return 0;
946 }
947
948 /*
949  * Initialize register state that may prevent from entering low-power idle.
950  * This function will be invoked from the cpuidle driver only when needed.
951  */
952 noinstr void fpu_idle_fpregs(void)
953 {
954         /* Note: AMX_TILE being enabled implies XGETBV1 support */
955         if (cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_AMX_TILE) &&
956             (xfeatures_in_use() & XFEATURE_MASK_XTILE)) {
957                 tile_release();
958                 __this_cpu_write(fpu_fpregs_owner_ctx, NULL);
959         }
960 }