Merge branches 'fixes', 'cleanups' and 'boards'
[linux-2.6] / arch / x86 / kernel / ftrace.c
1 /*
2  * Code for replacing ftrace calls with jumps.
3  *
4  * Copyright (C) 2007-2008 Steven Rostedt <srostedt@redhat.com>
5  *
6  * Thanks goes to Ingo Molnar, for suggesting the idea.
7  * Mathieu Desnoyers, for suggesting postponing the modifications.
8  * Arjan van de Ven, for keeping me straight, and explaining to me
9  * the dangers of modifying code on the run.
10  */
11
12 #include <linux/spinlock.h>
13 #include <linux/hardirq.h>
14 #include <linux/uaccess.h>
15 #include <linux/ftrace.h>
16 #include <linux/percpu.h>
17 #include <linux/sched.h>
18 #include <linux/init.h>
19 #include <linux/list.h>
20
21 #include <asm/ftrace.h>
22 #include <linux/ftrace.h>
23 #include <asm/nops.h>
24 #include <asm/nmi.h>
25
26
27 #ifdef CONFIG_DYNAMIC_FTRACE
28
29 union ftrace_code_union {
30         char code[MCOUNT_INSN_SIZE];
31         struct {
32                 char e8;
33                 int offset;
34         } __attribute__((packed));
35 };
36
37 static int ftrace_calc_offset(long ip, long addr)
38 {
39         return (int)(addr - ip);
40 }
41
42 static unsigned char *ftrace_call_replace(unsigned long ip, unsigned long addr)
43 {
44         static union ftrace_code_union calc;
45
46         calc.e8         = 0xe8;
47         calc.offset     = ftrace_calc_offset(ip + MCOUNT_INSN_SIZE, addr);
48
49         /*
50          * No locking needed, this must be called via kstop_machine
51          * which in essence is like running on a uniprocessor machine.
52          */
53         return calc.code;
54 }
55
56 /*
57  * Modifying code must take extra care. On an SMP machine, if
58  * the code being modified is also being executed on another CPU
59  * that CPU will have undefined results and possibly take a GPF.
60  * We use kstop_machine to stop other CPUS from exectuing code.
61  * But this does not stop NMIs from happening. We still need
62  * to protect against that. We separate out the modification of
63  * the code to take care of this.
64  *
65  * Two buffers are added: An IP buffer and a "code" buffer.
66  *
67  * 1) Put the instruction pointer into the IP buffer
68  *    and the new code into the "code" buffer.
69  * 2) Set a flag that says we are modifying code
70  * 3) Wait for any running NMIs to finish.
71  * 4) Write the code
72  * 5) clear the flag.
73  * 6) Wait for any running NMIs to finish.
74  *
75  * If an NMI is executed, the first thing it does is to call
76  * "ftrace_nmi_enter". This will check if the flag is set to write
77  * and if it is, it will write what is in the IP and "code" buffers.
78  *
79  * The trick is, it does not matter if everyone is writing the same
80  * content to the code location. Also, if a CPU is executing code
81  * it is OK to write to that code location if the contents being written
82  * are the same as what exists.
83  */
84
85 static atomic_t in_nmi = ATOMIC_INIT(0);
86 static int mod_code_status;             /* holds return value of text write */
87 static int mod_code_write;              /* set when NMI should do the write */
88 static void *mod_code_ip;               /* holds the IP to write to */
89 static void *mod_code_newcode;          /* holds the text to write to the IP */
90
91 static unsigned nmi_wait_count;
92 static atomic_t nmi_update_count = ATOMIC_INIT(0);
93
94 int ftrace_arch_read_dyn_info(char *buf, int size)
95 {
96         int r;
97
98         r = snprintf(buf, size, "%u %u",
99                      nmi_wait_count,
100                      atomic_read(&nmi_update_count));
101         return r;
102 }
103
104 static void ftrace_mod_code(void)
105 {
106         /*
107          * Yes, more than one CPU process can be writing to mod_code_status.
108          *    (and the code itself)
109          * But if one were to fail, then they all should, and if one were
110          * to succeed, then they all should.
111          */
112         mod_code_status = probe_kernel_write(mod_code_ip, mod_code_newcode,
113                                              MCOUNT_INSN_SIZE);
114 }
115
116 void ftrace_nmi_enter(void)
117 {
118         atomic_inc(&in_nmi);
119         /* Must have in_nmi seen before reading write flag */
120         smp_mb();
121         if (mod_code_write) {
122                 ftrace_mod_code();
123                 atomic_inc(&nmi_update_count);
124         }
125 }
126
127 void ftrace_nmi_exit(void)
128 {
129         /* Finish all executions before clearing in_nmi */
130         smp_wmb();
131         atomic_dec(&in_nmi);
132 }
133
134 static void wait_for_nmi(void)
135 {
136         int waited = 0;
137
138         while (atomic_read(&in_nmi)) {
139                 waited = 1;
140                 cpu_relax();
141         }
142
143         if (waited)
144                 nmi_wait_count++;
145 }
146
147 static int
148 do_ftrace_mod_code(unsigned long ip, void *new_code)
149 {
150         mod_code_ip = (void *)ip;
151         mod_code_newcode = new_code;
152
153         /* The buffers need to be visible before we let NMIs write them */
154         smp_wmb();
155
156         mod_code_write = 1;
157
158         /* Make sure write bit is visible before we wait on NMIs */
159         smp_mb();
160
161         wait_for_nmi();
162
163         /* Make sure all running NMIs have finished before we write the code */
164         smp_mb();
165
166         ftrace_mod_code();
167
168         /* Make sure the write happens before clearing the bit */
169         smp_wmb();
170
171         mod_code_write = 0;
172
173         /* make sure NMIs see the cleared bit */
174         smp_mb();
175
176         wait_for_nmi();
177
178         return mod_code_status;
179 }
180
181
182
183
184 static unsigned char ftrace_nop[MCOUNT_INSN_SIZE];
185
186 static unsigned char *ftrace_nop_replace(void)
187 {
188         return ftrace_nop;
189 }
190
191 static int
192 ftrace_modify_code(unsigned long ip, unsigned char *old_code,
193                    unsigned char *new_code)
194 {
195         unsigned char replaced[MCOUNT_INSN_SIZE];
196
197         /*
198          * Note: Due to modules and __init, code can
199          *  disappear and change, we need to protect against faulting
200          *  as well as code changing. We do this by using the
201          *  probe_kernel_* functions.
202          *
203          * No real locking needed, this code is run through
204          * kstop_machine, or before SMP starts.
205          */
206
207         /* read the text we want to modify */
208         if (probe_kernel_read(replaced, (void *)ip, MCOUNT_INSN_SIZE))
209                 return -EFAULT;
210
211         /* Make sure it is what we expect it to be */
212         if (memcmp(replaced, old_code, MCOUNT_INSN_SIZE) != 0)
213                 return -EINVAL;
214
215         /* replace the text with the new text */
216         if (do_ftrace_mod_code(ip, new_code))
217                 return -EPERM;
218
219         sync_core();
220
221         return 0;
222 }
223
224 int ftrace_make_nop(struct module *mod,
225                     struct dyn_ftrace *rec, unsigned long addr)
226 {
227         unsigned char *new, *old;
228         unsigned long ip = rec->ip;
229
230         old = ftrace_call_replace(ip, addr);
231         new = ftrace_nop_replace();
232
233         return ftrace_modify_code(rec->ip, old, new);
234 }
235
236 int ftrace_make_call(struct dyn_ftrace *rec, unsigned long addr)
237 {
238         unsigned char *new, *old;
239         unsigned long ip = rec->ip;
240
241         old = ftrace_nop_replace();
242         new = ftrace_call_replace(ip, addr);
243
244         return ftrace_modify_code(rec->ip, old, new);
245 }
246
247 int ftrace_update_ftrace_func(ftrace_func_t func)
248 {
249         unsigned long ip = (unsigned long)(&ftrace_call);
250         unsigned char old[MCOUNT_INSN_SIZE], *new;
251         int ret;
252
253         memcpy(old, &ftrace_call, MCOUNT_INSN_SIZE);
254         new = ftrace_call_replace(ip, (unsigned long)func);
255         ret = ftrace_modify_code(ip, old, new);
256
257         return ret;
258 }
259
260 int __init ftrace_dyn_arch_init(void *data)
261 {
262         extern const unsigned char ftrace_test_p6nop[];
263         extern const unsigned char ftrace_test_nop5[];
264         extern const unsigned char ftrace_test_jmp[];
265         int faulted = 0;
266
267         /*
268          * There is no good nop for all x86 archs.
269          * We will default to using the P6_NOP5, but first we
270          * will test to make sure that the nop will actually
271          * work on this CPU. If it faults, we will then
272          * go to a lesser efficient 5 byte nop. If that fails
273          * we then just use a jmp as our nop. This isn't the most
274          * efficient nop, but we can not use a multi part nop
275          * since we would then risk being preempted in the middle
276          * of that nop, and if we enabled tracing then, it might
277          * cause a system crash.
278          *
279          * TODO: check the cpuid to determine the best nop.
280          */
281         asm volatile (
282                 "ftrace_test_jmp:"
283                 "jmp ftrace_test_p6nop\n"
284                 "nop\n"
285                 "nop\n"
286                 "nop\n"  /* 2 byte jmp + 3 bytes */
287                 "ftrace_test_p6nop:"
288                 P6_NOP5
289                 "jmp 1f\n"
290                 "ftrace_test_nop5:"
291                 ".byte 0x66,0x66,0x66,0x66,0x90\n"
292                 "1:"
293                 ".section .fixup, \"ax\"\n"
294                 "2:     movl $1, %0\n"
295                 "       jmp ftrace_test_nop5\n"
296                 "3:     movl $2, %0\n"
297                 "       jmp 1b\n"
298                 ".previous\n"
299                 _ASM_EXTABLE(ftrace_test_p6nop, 2b)
300                 _ASM_EXTABLE(ftrace_test_nop5, 3b)
301                 : "=r"(faulted) : "0" (faulted));
302
303         switch (faulted) {
304         case 0:
305                 pr_info("ftrace: converting mcount calls to 0f 1f 44 00 00\n");
306                 memcpy(ftrace_nop, ftrace_test_p6nop, MCOUNT_INSN_SIZE);
307                 break;
308         case 1:
309                 pr_info("ftrace: converting mcount calls to 66 66 66 66 90\n");
310                 memcpy(ftrace_nop, ftrace_test_nop5, MCOUNT_INSN_SIZE);
311                 break;
312         case 2:
313                 pr_info("ftrace: converting mcount calls to jmp . + 5\n");
314                 memcpy(ftrace_nop, ftrace_test_jmp, MCOUNT_INSN_SIZE);
315                 break;
316         }
317
318         /* The return code is retured via data */
319         *(unsigned long *)data = 0;
320
321         return 0;
322 }
323 #endif
324
325 #ifdef CONFIG_FUNCTION_GRAPH_TRACER
326
327 #ifdef CONFIG_DYNAMIC_FTRACE
328 extern void ftrace_graph_call(void);
329
330 static int ftrace_mod_jmp(unsigned long ip,
331                           int old_offset, int new_offset)
332 {
333         unsigned char code[MCOUNT_INSN_SIZE];
334
335         if (probe_kernel_read(code, (void *)ip, MCOUNT_INSN_SIZE))
336                 return -EFAULT;
337
338         if (code[0] != 0xe9 || old_offset != *(int *)(&code[1]))
339                 return -EINVAL;
340
341         *(int *)(&code[1]) = new_offset;
342
343         if (do_ftrace_mod_code(ip, &code))
344                 return -EPERM;
345
346         return 0;
347 }
348
349 int ftrace_enable_ftrace_graph_caller(void)
350 {
351         unsigned long ip = (unsigned long)(&ftrace_graph_call);
352         int old_offset, new_offset;
353
354         old_offset = (unsigned long)(&ftrace_stub) - (ip + MCOUNT_INSN_SIZE);
355         new_offset = (unsigned long)(&ftrace_graph_caller) - (ip + MCOUNT_INSN_SIZE);
356
357         return ftrace_mod_jmp(ip, old_offset, new_offset);
358 }
359
360 int ftrace_disable_ftrace_graph_caller(void)
361 {
362         unsigned long ip = (unsigned long)(&ftrace_graph_call);
363         int old_offset, new_offset;
364
365         old_offset = (unsigned long)(&ftrace_graph_caller) - (ip + MCOUNT_INSN_SIZE);
366         new_offset = (unsigned long)(&ftrace_stub) - (ip + MCOUNT_INSN_SIZE);
367
368         return ftrace_mod_jmp(ip, old_offset, new_offset);
369 }
370
371 #else /* CONFIG_DYNAMIC_FTRACE */
372
373 /*
374  * These functions are picked from those used on
375  * this page for dynamic ftrace. They have been
376  * simplified to ignore all traces in NMI context.
377  */
378 static atomic_t in_nmi;
379
380 void ftrace_nmi_enter(void)
381 {
382         atomic_inc(&in_nmi);
383 }
384
385 void ftrace_nmi_exit(void)
386 {
387         atomic_dec(&in_nmi);
388 }
389
390 #endif /* !CONFIG_DYNAMIC_FTRACE */
391
392 /* Add a function return address to the trace stack on thread info.*/
393 static int push_return_trace(unsigned long ret, unsigned long long time,
394                                 unsigned long func, int *depth)
395 {
396         int index;
397
398         if (!current->ret_stack)
399                 return -EBUSY;
400
401         /* The return trace stack is full */
402         if (current->curr_ret_stack == FTRACE_RETFUNC_DEPTH - 1) {
403                 atomic_inc(&current->trace_overrun);
404                 return -EBUSY;
405         }
406
407         index = ++current->curr_ret_stack;
408         barrier();
409         current->ret_stack[index].ret = ret;
410         current->ret_stack[index].func = func;
411         current->ret_stack[index].calltime = time;
412         *depth = index;
413
414         return 0;
415 }
416
417 /* Retrieve a function return address to the trace stack on thread info.*/
418 static void pop_return_trace(struct ftrace_graph_ret *trace, unsigned long *ret)
419 {
420         int index;
421
422         index = current->curr_ret_stack;
423
424         if (unlikely(index < 0)) {
425                 ftrace_graph_stop();
426                 WARN_ON(1);
427                 /* Might as well panic, otherwise we have no where to go */
428                 *ret = (unsigned long)panic;
429                 return;
430         }
431
432         *ret = current->ret_stack[index].ret;
433         trace->func = current->ret_stack[index].func;
434         trace->calltime = current->ret_stack[index].calltime;
435         trace->overrun = atomic_read(&current->trace_overrun);
436         trace->depth = index;
437         barrier();
438         current->curr_ret_stack--;
439
440 }
441
442 /*
443  * Send the trace to the ring-buffer.
444  * @return the original return address.
445  */
446 unsigned long ftrace_return_to_handler(void)
447 {
448         struct ftrace_graph_ret trace;
449         unsigned long ret;
450
451         pop_return_trace(&trace, &ret);
452         trace.rettime = cpu_clock(raw_smp_processor_id());
453         ftrace_graph_return(&trace);
454
455         if (unlikely(!ret)) {
456                 ftrace_graph_stop();
457                 WARN_ON(1);
458                 /* Might as well panic. What else to do? */
459                 ret = (unsigned long)panic;
460         }
461
462         return ret;
463 }
464
465 /*
466  * Hook the return address and push it in the stack of return addrs
467  * in current thread info.
468  */
469 void prepare_ftrace_return(unsigned long *parent, unsigned long self_addr)
470 {
471         unsigned long old;
472         unsigned long long calltime;
473         int faulted;
474         struct ftrace_graph_ent trace;
475         unsigned long return_hooker = (unsigned long)
476                                 &return_to_handler;
477
478         /* Nmi's are currently unsupported */
479         if (unlikely(atomic_read(&in_nmi)))
480                 return;
481
482         if (unlikely(atomic_read(&current->tracing_graph_pause)))
483                 return;
484
485         /*
486          * Protect against fault, even if it shouldn't
487          * happen. This tool is too much intrusive to
488          * ignore such a protection.
489          */
490         asm volatile(
491                 "1: " _ASM_MOV " (%[parent_old]), %[old]\n"
492                 "2: " _ASM_MOV " %[return_hooker], (%[parent_replaced])\n"
493                 "   movl $0, %[faulted]\n"
494
495                 ".section .fixup, \"ax\"\n"
496                 "3: movl $1, %[faulted]\n"
497                 ".previous\n"
498
499                 _ASM_EXTABLE(1b, 3b)
500                 _ASM_EXTABLE(2b, 3b)
501
502                 : [parent_replaced] "=r" (parent), [old] "=r" (old),
503                   [faulted] "=r" (faulted)
504                 : [parent_old] "0" (parent), [return_hooker] "r" (return_hooker)
505                 : "memory"
506         );
507
508         if (unlikely(faulted)) {
509                 ftrace_graph_stop();
510                 WARN_ON(1);
511                 return;
512         }
513
514         if (unlikely(!__kernel_text_address(old))) {
515                 ftrace_graph_stop();
516                 *parent = old;
517                 WARN_ON(1);
518                 return;
519         }
520
521         calltime = cpu_clock(raw_smp_processor_id());
522
523         if (push_return_trace(old, calltime,
524                                 self_addr, &trace.depth) == -EBUSY) {
525                 *parent = old;
526                 return;
527         }
528
529         trace.func = self_addr;
530
531         /* Only trace if the calling function expects to */
532         if (!ftrace_graph_entry(&trace)) {
533                 current->curr_ret_stack--;
534                 *parent = old;
535         }
536 }
537 #endif /* CONFIG_FUNCTION_GRAPH_TRACER */