Merge branch 'tracing/hw-breakpoints' into perf/core
[linux-2.6-block.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/stackprotector.h>
18 #include <linux/cpu.h>
19 #include <linux/errno.h>
20 #include <linux/sched.h>
21 #include <linux/fs.h>
22 #include <linux/kernel.h>
23 #include <linux/mm.h>
24 #include <linux/elfcore.h>
25 #include <linux/smp.h>
26 #include <linux/slab.h>
27 #include <linux/user.h>
28 #include <linux/interrupt.h>
29 #include <linux/utsname.h>
30 #include <linux/delay.h>
31 #include <linux/module.h>
32 #include <linux/ptrace.h>
33 #include <linux/notifier.h>
34 #include <linux/kprobes.h>
35 #include <linux/kdebug.h>
36 #include <linux/tick.h>
37 #include <linux/prctl.h>
38 #include <linux/uaccess.h>
39 #include <linux/io.h>
40 #include <linux/ftrace.h>
41 #include <linux/dmi.h>
42
43 #include <asm/pgtable.h>
44 #include <asm/system.h>
45 #include <asm/processor.h>
46 #include <asm/i387.h>
47 #include <asm/mmu_context.h>
48 #include <asm/prctl.h>
49 #include <asm/desc.h>
50 #include <asm/proto.h>
51 #include <asm/ia32.h>
52 #include <asm/idle.h>
53 #include <asm/syscalls.h>
54 #include <asm/ds.h>
55 #include <asm/debugreg.h>
56
57 asmlinkage extern void ret_from_fork(void);
58
59 DEFINE_PER_CPU(unsigned long, old_rsp);
60 static DEFINE_PER_CPU(unsigned char, is_idle);
61
62 unsigned long kernel_thread_flags = CLONE_VM | CLONE_UNTRACED;
63
64 static ATOMIC_NOTIFIER_HEAD(idle_notifier);
65
66 void idle_notifier_register(struct notifier_block *n)
67 {
68         atomic_notifier_chain_register(&idle_notifier, n);
69 }
70 EXPORT_SYMBOL_GPL(idle_notifier_register);
71
72 void idle_notifier_unregister(struct notifier_block *n)
73 {
74         atomic_notifier_chain_unregister(&idle_notifier, n);
75 }
76 EXPORT_SYMBOL_GPL(idle_notifier_unregister);
77
78 void enter_idle(void)
79 {
80         percpu_write(is_idle, 1);
81         atomic_notifier_call_chain(&idle_notifier, IDLE_START, NULL);
82 }
83
84 static void __exit_idle(void)
85 {
86         if (x86_test_and_clear_bit_percpu(0, is_idle) == 0)
87                 return;
88         atomic_notifier_call_chain(&idle_notifier, IDLE_END, NULL);
89 }
90
91 /* Called from interrupts to signify idle end */
92 void exit_idle(void)
93 {
94         /* idle loop has pid 0 */
95         if (current->pid)
96                 return;
97         __exit_idle();
98 }
99
100 #ifndef CONFIG_SMP
101 static inline void play_dead(void)
102 {
103         BUG();
104 }
105 #endif
106
107 /*
108  * The idle thread. There's no useful work to be
109  * done, so just try to conserve power and have a
110  * low exit latency (ie sit in a loop waiting for
111  * somebody to say that they'd like to reschedule)
112  */
113 void cpu_idle(void)
114 {
115         current_thread_info()->status |= TS_POLLING;
116
117         /*
118          * If we're the non-boot CPU, nothing set the stack canary up
119          * for us.  CPU0 already has it initialized but no harm in
120          * doing it again.  This is a good place for updating it, as
121          * we wont ever return from this function (so the invalid
122          * canaries already on the stack wont ever trigger).
123          */
124         boot_init_stack_canary();
125
126         /* endless idle loop with no priority at all */
127         while (1) {
128                 tick_nohz_stop_sched_tick(1);
129                 while (!need_resched()) {
130
131                         rmb();
132
133                         if (cpu_is_offline(smp_processor_id()))
134                                 play_dead();
135                         /*
136                          * Idle routines should keep interrupts disabled
137                          * from here on, until they go to idle.
138                          * Otherwise, idle callbacks can misfire.
139                          */
140                         local_irq_disable();
141                         enter_idle();
142                         /* Don't trace irqs off for idle */
143                         stop_critical_timings();
144                         pm_idle();
145                         start_critical_timings();
146                         /* In many cases the interrupt that ended idle
147                            has already called exit_idle. But some idle
148                            loops can be woken up without interrupt. */
149                         __exit_idle();
150                 }
151
152                 tick_nohz_restart_sched_tick();
153                 preempt_enable_no_resched();
154                 schedule();
155                 preempt_disable();
156         }
157 }
158
159 /* Prints also some state that isn't saved in the pt_regs */
160 void __show_regs(struct pt_regs *regs, int all)
161 {
162         unsigned long cr0 = 0L, cr2 = 0L, cr3 = 0L, cr4 = 0L, fs, gs, shadowgs;
163         unsigned long d0, d1, d2, d3, d6, d7;
164         unsigned int fsindex, gsindex;
165         unsigned int ds, cs, es;
166         const char *board;
167
168         printk("\n");
169         print_modules();
170         board = dmi_get_system_info(DMI_PRODUCT_NAME);
171         if (!board)
172                 board = "";
173         printk(KERN_INFO "Pid: %d, comm: %.20s %s %s %.*s %s\n",
174                 current->pid, current->comm, print_tainted(),
175                 init_utsname()->release,
176                 (int)strcspn(init_utsname()->version, " "),
177                 init_utsname()->version, board);
178         printk(KERN_INFO "RIP: %04lx:[<%016lx>] ", regs->cs & 0xffff, regs->ip);
179         printk_address(regs->ip, 1);
180         printk(KERN_INFO "RSP: %04lx:%016lx  EFLAGS: %08lx\n", regs->ss,
181                         regs->sp, regs->flags);
182         printk(KERN_INFO "RAX: %016lx RBX: %016lx RCX: %016lx\n",
183                regs->ax, regs->bx, regs->cx);
184         printk(KERN_INFO "RDX: %016lx RSI: %016lx RDI: %016lx\n",
185                regs->dx, regs->si, regs->di);
186         printk(KERN_INFO "RBP: %016lx R08: %016lx R09: %016lx\n",
187                regs->bp, regs->r8, regs->r9);
188         printk(KERN_INFO "R10: %016lx R11: %016lx R12: %016lx\n",
189                regs->r10, regs->r11, regs->r12);
190         printk(KERN_INFO "R13: %016lx R14: %016lx R15: %016lx\n",
191                regs->r13, regs->r14, regs->r15);
192
193         asm("movl %%ds,%0" : "=r" (ds));
194         asm("movl %%cs,%0" : "=r" (cs));
195         asm("movl %%es,%0" : "=r" (es));
196         asm("movl %%fs,%0" : "=r" (fsindex));
197         asm("movl %%gs,%0" : "=r" (gsindex));
198
199         rdmsrl(MSR_FS_BASE, fs);
200         rdmsrl(MSR_GS_BASE, gs);
201         rdmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, shadowgs);
202
203         if (!all)
204                 return;
205
206         cr0 = read_cr0();
207         cr2 = read_cr2();
208         cr3 = read_cr3();
209         cr4 = read_cr4();
210
211         printk(KERN_INFO "FS:  %016lx(%04x) GS:%016lx(%04x) knlGS:%016lx\n",
212                fs, fsindex, gs, gsindex, shadowgs);
213         printk(KERN_INFO "CS:  %04x DS: %04x ES: %04x CR0: %016lx\n", cs, ds,
214                         es, cr0);
215         printk(KERN_INFO "CR2: %016lx CR3: %016lx CR4: %016lx\n", cr2, cr3,
216                         cr4);
217
218         get_debugreg(d0, 0);
219         get_debugreg(d1, 1);
220         get_debugreg(d2, 2);
221         printk(KERN_INFO "DR0: %016lx DR1: %016lx DR2: %016lx\n", d0, d1, d2);
222         get_debugreg(d3, 3);
223         get_debugreg(d6, 6);
224         get_debugreg(d7, 7);
225         printk(KERN_INFO "DR3: %016lx DR6: %016lx DR7: %016lx\n", d3, d6, d7);
226 }
227
228 void show_regs(struct pt_regs *regs)
229 {
230         printk(KERN_INFO "CPU %d:", smp_processor_id());
231         __show_regs(regs, 1);
232         show_trace(NULL, regs, (void *)(regs + 1), regs->bp);
233 }
234
235 void release_thread(struct task_struct *dead_task)
236 {
237         if (dead_task->mm) {
238                 if (dead_task->mm->context.size) {
239                         printk("WARNING: dead process %8s still has LDT? <%p/%d>\n",
240                                         dead_task->comm,
241                                         dead_task->mm->context.ldt,
242                                         dead_task->mm->context.size);
243                         BUG();
244                 }
245         }
246 }
247
248 static inline void set_32bit_tls(struct task_struct *t, int tls, u32 addr)
249 {
250         struct user_desc ud = {
251                 .base_addr = addr,
252                 .limit = 0xfffff,
253                 .seg_32bit = 1,
254                 .limit_in_pages = 1,
255                 .useable = 1,
256         };
257         struct desc_struct *desc = t->thread.tls_array;
258         desc += tls;
259         fill_ldt(desc, &ud);
260 }
261
262 static inline u32 read_32bit_tls(struct task_struct *t, int tls)
263 {
264         return get_desc_base(&t->thread.tls_array[tls]);
265 }
266
267 /*
268  * This gets called before we allocate a new thread and copy
269  * the current task into it.
270  */
271 void prepare_to_copy(struct task_struct *tsk)
272 {
273         unlazy_fpu(tsk);
274 }
275
276 int copy_thread(unsigned long clone_flags, unsigned long sp,
277                 unsigned long unused,
278         struct task_struct *p, struct pt_regs *regs)
279 {
280         int err;
281         struct pt_regs *childregs;
282         struct task_struct *me = current;
283
284         childregs = ((struct pt_regs *)
285                         (THREAD_SIZE + task_stack_page(p))) - 1;
286         *childregs = *regs;
287
288         childregs->ax = 0;
289         childregs->sp = sp;
290         if (sp == ~0UL)
291                 childregs->sp = (unsigned long)childregs;
292
293         p->thread.sp = (unsigned long) childregs;
294         p->thread.sp0 = (unsigned long) (childregs+1);
295         p->thread.usersp = me->thread.usersp;
296
297         set_tsk_thread_flag(p, TIF_FORK);
298
299         p->thread.fs = me->thread.fs;
300         p->thread.gs = me->thread.gs;
301         p->thread.io_bitmap_ptr = NULL;
302
303         savesegment(gs, p->thread.gsindex);
304         savesegment(fs, p->thread.fsindex);
305         savesegment(es, p->thread.es);
306         savesegment(ds, p->thread.ds);
307
308         err = -ENOMEM;
309         memset(p->thread.ptrace_bps, 0, sizeof(p->thread.ptrace_bps));
310
311         if (unlikely(test_tsk_thread_flag(me, TIF_IO_BITMAP))) {
312                 p->thread.io_bitmap_ptr = kmalloc(IO_BITMAP_BYTES, GFP_KERNEL);
313                 if (!p->thread.io_bitmap_ptr) {
314                         p->thread.io_bitmap_max = 0;
315                         return -ENOMEM;
316                 }
317                 memcpy(p->thread.io_bitmap_ptr, me->thread.io_bitmap_ptr,
318                                 IO_BITMAP_BYTES);
319                 set_tsk_thread_flag(p, TIF_IO_BITMAP);
320         }
321
322         /*
323          * Set a new TLS for the child thread?
324          */
325         if (clone_flags & CLONE_SETTLS) {
326 #ifdef CONFIG_IA32_EMULATION
327                 if (test_thread_flag(TIF_IA32))
328                         err = do_set_thread_area(p, -1,
329                                 (struct user_desc __user *)childregs->si, 0);
330                 else
331 #endif
332                         err = do_arch_prctl(p, ARCH_SET_FS, childregs->r8);
333                 if (err)
334                         goto out;
335         }
336
337         clear_tsk_thread_flag(p, TIF_DS_AREA_MSR);
338         p->thread.ds_ctx = NULL;
339
340         clear_tsk_thread_flag(p, TIF_DEBUGCTLMSR);
341         p->thread.debugctlmsr = 0;
342
343         err = 0;
344 out:
345         if (err && p->thread.io_bitmap_ptr) {
346                 kfree(p->thread.io_bitmap_ptr);
347                 p->thread.io_bitmap_max = 0;
348         }
349
350         return err;
351 }
352
353 void
354 start_thread(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip, unsigned long new_sp)
355 {
356         loadsegment(fs, 0);
357         loadsegment(es, 0);
358         loadsegment(ds, 0);
359         load_gs_index(0);
360         regs->ip                = new_ip;
361         regs->sp                = new_sp;
362         percpu_write(old_rsp, new_sp);
363         regs->cs                = __USER_CS;
364         regs->ss                = __USER_DS;
365         regs->flags             = 0x200;
366         set_fs(USER_DS);
367         /*
368          * Free the old FP and other extended state
369          */
370         free_thread_xstate(current);
371 }
372 EXPORT_SYMBOL_GPL(start_thread);
373
374 /*
375  *      switch_to(x,y) should switch tasks from x to y.
376  *
377  * This could still be optimized:
378  * - fold all the options into a flag word and test it with a single test.
379  * - could test fs/gs bitsliced
380  *
381  * Kprobes not supported here. Set the probe on schedule instead.
382  * Function graph tracer not supported too.
383  */
384 __notrace_funcgraph struct task_struct *
385 __switch_to(struct task_struct *prev_p, struct task_struct *next_p)
386 {
387         struct thread_struct *prev = &prev_p->thread;
388         struct thread_struct *next = &next_p->thread;
389         int cpu = smp_processor_id();
390         struct tss_struct *tss = &per_cpu(init_tss, cpu);
391         unsigned fsindex, gsindex;
392         bool preload_fpu;
393
394         /*
395          * If the task has used fpu the last 5 timeslices, just do a full
396          * restore of the math state immediately to avoid the trap; the
397          * chances of needing FPU soon are obviously high now
398          */
399         preload_fpu = tsk_used_math(next_p) && next_p->fpu_counter > 5;
400
401         /* we're going to use this soon, after a few expensive things */
402         if (preload_fpu)
403                 prefetch(next->xstate);
404
405         /*
406          * Reload esp0, LDT and the page table pointer:
407          */
408         load_sp0(tss, next);
409
410         /*
411          * Switch DS and ES.
412          * This won't pick up thread selector changes, but I guess that is ok.
413          */
414         savesegment(es, prev->es);
415         if (unlikely(next->es | prev->es))
416                 loadsegment(es, next->es);
417
418         savesegment(ds, prev->ds);
419         if (unlikely(next->ds | prev->ds))
420                 loadsegment(ds, next->ds);
421
422
423         /* We must save %fs and %gs before load_TLS() because
424          * %fs and %gs may be cleared by load_TLS().
425          *
426          * (e.g. xen_load_tls())
427          */
428         savesegment(fs, fsindex);
429         savesegment(gs, gsindex);
430
431         load_TLS(next, cpu);
432
433         /* Must be after DS reload */
434         unlazy_fpu(prev_p);
435
436         /* Make sure cpu is ready for new context */
437         if (preload_fpu)
438                 clts();
439
440         /*
441          * Leave lazy mode, flushing any hypercalls made here.
442          * This must be done before restoring TLS segments so
443          * the GDT and LDT are properly updated, and must be
444          * done before math_state_restore, so the TS bit is up
445          * to date.
446          */
447         arch_end_context_switch(next_p);
448
449         /*
450          * Switch FS and GS.
451          *
452          * Segment register != 0 always requires a reload.  Also
453          * reload when it has changed.  When prev process used 64bit
454          * base always reload to avoid an information leak.
455          */
456         if (unlikely(fsindex | next->fsindex | prev->fs)) {
457                 loadsegment(fs, next->fsindex);
458                 /*
459                  * Check if the user used a selector != 0; if yes
460                  *  clear 64bit base, since overloaded base is always
461                  *  mapped to the Null selector
462                  */
463                 if (fsindex)
464                         prev->fs = 0;
465         }
466         /* when next process has a 64bit base use it */
467         if (next->fs)
468                 wrmsrl(MSR_FS_BASE, next->fs);
469         prev->fsindex = fsindex;
470
471         if (unlikely(gsindex | next->gsindex | prev->gs)) {
472                 load_gs_index(next->gsindex);
473                 if (gsindex)
474                         prev->gs = 0;
475         }
476         if (next->gs)
477                 wrmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, next->gs);
478         prev->gsindex = gsindex;
479
480         /*
481          * Switch the PDA and FPU contexts.
482          */
483         prev->usersp = percpu_read(old_rsp);
484         percpu_write(old_rsp, next->usersp);
485         percpu_write(current_task, next_p);
486
487         percpu_write(kernel_stack,
488                   (unsigned long)task_stack_page(next_p) +
489                   THREAD_SIZE - KERNEL_STACK_OFFSET);
490
491         /*
492          * Now maybe reload the debug registers and handle I/O bitmaps
493          */
494         if (unlikely(task_thread_info(next_p)->flags & _TIF_WORK_CTXSW_NEXT ||
495                      task_thread_info(prev_p)->flags & _TIF_WORK_CTXSW_PREV))
496                 __switch_to_xtra(prev_p, next_p, tss);
497
498         /*
499          * Preload the FPU context, now that we've determined that the
500          * task is likely to be using it. 
501          */
502         if (preload_fpu)
503                 __math_state_restore();
504
505         return prev_p;
506 }
507
508 /*
509  * sys_execve() executes a new program.
510  */
511 asmlinkage
512 long sys_execve(char __user *name, char __user * __user *argv,
513                 char __user * __user *envp, struct pt_regs *regs)
514 {
515         long error;
516         char *filename;
517
518         filename = getname(name);
519         error = PTR_ERR(filename);
520         if (IS_ERR(filename))
521                 return error;
522         error = do_execve(filename, argv, envp, regs);
523         putname(filename);
524         return error;
525 }
526
527 void set_personality_64bit(void)
528 {
529         /* inherit personality from parent */
530
531         /* Make sure to be in 64bit mode */
532         clear_thread_flag(TIF_IA32);
533
534         /* TBD: overwrites user setup. Should have two bits.
535            But 64bit processes have always behaved this way,
536            so it's not too bad. The main problem is just that
537            32bit childs are affected again. */
538         current->personality &= ~READ_IMPLIES_EXEC;
539 }
540
541 asmlinkage long
542 sys_clone(unsigned long clone_flags, unsigned long newsp,
543           void __user *parent_tid, void __user *child_tid, struct pt_regs *regs)
544 {
545         if (!newsp)
546                 newsp = regs->sp;
547         return do_fork(clone_flags, newsp, regs, 0, parent_tid, child_tid);
548 }
549
550 unsigned long get_wchan(struct task_struct *p)
551 {
552         unsigned long stack;
553         u64 fp, ip;
554         int count = 0;
555
556         if (!p || p == current || p->state == TASK_RUNNING)
557                 return 0;
558         stack = (unsigned long)task_stack_page(p);
559         if (p->thread.sp < stack || p->thread.sp >= stack+THREAD_SIZE)
560                 return 0;
561         fp = *(u64 *)(p->thread.sp);
562         do {
563                 if (fp < (unsigned long)stack ||
564                     fp >= (unsigned long)stack+THREAD_SIZE)
565                         return 0;
566                 ip = *(u64 *)(fp+8);
567                 if (!in_sched_functions(ip))
568                         return ip;
569                 fp = *(u64 *)fp;
570         } while (count++ < 16);
571         return 0;
572 }
573
574 long do_arch_prctl(struct task_struct *task, int code, unsigned long addr)
575 {
576         int ret = 0;
577         int doit = task == current;
578         int cpu;
579
580         switch (code) {
581         case ARCH_SET_GS:
582                 if (addr >= TASK_SIZE_OF(task))
583                         return -EPERM;
584                 cpu = get_cpu();
585                 /* handle small bases via the GDT because that's faster to
586                    switch. */
587                 if (addr <= 0xffffffff) {
588                         set_32bit_tls(task, GS_TLS, addr);
589                         if (doit) {
590                                 load_TLS(&task->thread, cpu);
591                                 load_gs_index(GS_TLS_SEL);
592                         }
593                         task->thread.gsindex = GS_TLS_SEL;
594                         task->thread.gs = 0;
595                 } else {
596                         task->thread.gsindex = 0;
597                         task->thread.gs = addr;
598                         if (doit) {
599                                 load_gs_index(0);
600                                 ret = checking_wrmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, addr);
601                         }
602                 }
603                 put_cpu();
604                 break;
605         case ARCH_SET_FS:
606                 /* Not strictly needed for fs, but do it for symmetry
607                    with gs */
608                 if (addr >= TASK_SIZE_OF(task))
609                         return -EPERM;
610                 cpu = get_cpu();
611                 /* handle small bases via the GDT because that's faster to
612                    switch. */
613                 if (addr <= 0xffffffff) {
614                         set_32bit_tls(task, FS_TLS, addr);
615                         if (doit) {
616                                 load_TLS(&task->thread, cpu);
617                                 loadsegment(fs, FS_TLS_SEL);
618                         }
619                         task->thread.fsindex = FS_TLS_SEL;
620                         task->thread.fs = 0;
621                 } else {
622                         task->thread.fsindex = 0;
623                         task->thread.fs = addr;
624                         if (doit) {
625                                 /* set the selector to 0 to not confuse
626                                    __switch_to */
627                                 loadsegment(fs, 0);
628                                 ret = checking_wrmsrl(MSR_FS_BASE, addr);
629                         }
630                 }
631                 put_cpu();
632                 break;
633         case ARCH_GET_FS: {
634                 unsigned long base;
635                 if (task->thread.fsindex == FS_TLS_SEL)
636                         base = read_32bit_tls(task, FS_TLS);
637                 else if (doit)
638                         rdmsrl(MSR_FS_BASE, base);
639                 else
640                         base = task->thread.fs;
641                 ret = put_user(base, (unsigned long __user *)addr);
642                 break;
643         }
644         case ARCH_GET_GS: {
645                 unsigned long base;
646                 unsigned gsindex;
647                 if (task->thread.gsindex == GS_TLS_SEL)
648                         base = read_32bit_tls(task, GS_TLS);
649                 else if (doit) {
650                         savesegment(gs, gsindex);
651                         if (gsindex)
652                                 rdmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, base);
653                         else
654                                 base = task->thread.gs;
655                 } else
656                         base = task->thread.gs;
657                 ret = put_user(base, (unsigned long __user *)addr);
658                 break;
659         }
660
661         default:
662                 ret = -EINVAL;
663                 break;
664         }
665
666         return ret;
667 }
668
669 long sys_arch_prctl(int code, unsigned long addr)
670 {
671         return do_arch_prctl(current, code, addr);
672 }
673
674 unsigned long KSTK_ESP(struct task_struct *task)
675 {
676         return (test_tsk_thread_flag(task, TIF_IA32)) ?
677                         (task_pt_regs(task)->sp) : ((task)->thread.usersp);
678 }