Merge branch 'topic/ca0106' into for-linus
[linux-2.6] / arch / x86 / kernel / process_32.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
8 /*
9  * This file handles the architecture-dependent parts of process handling..
10  */
11
12 #include <stdarg.h>
13
14 #include <linux/cpu.h>
15 #include <linux/errno.h>
16 #include <linux/sched.h>
17 #include <linux/fs.h>
18 #include <linux/kernel.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/elfcore.h>
21 #include <linux/smp.h>
22 #include <linux/stddef.h>
23 #include <linux/slab.h>
24 #include <linux/vmalloc.h>
25 #include <linux/user.h>
26 #include <linux/interrupt.h>
27 #include <linux/utsname.h>
28 #include <linux/delay.h>
29 #include <linux/reboot.h>
30 #include <linux/init.h>
31 #include <linux/mc146818rtc.h>
32 #include <linux/module.h>
33 #include <linux/kallsyms.h>
34 #include <linux/ptrace.h>
35 #include <linux/random.h>
36 #include <linux/personality.h>
37 #include <linux/tick.h>
38 #include <linux/percpu.h>
39 #include <linux/prctl.h>
40 #include <linux/dmi.h>
41 #include <linux/ftrace.h>
42 #include <linux/uaccess.h>
43 #include <linux/io.h>
44 #include <linux/kdebug.h>
45
46 #include <asm/pgtable.h>
47 #include <asm/system.h>
48 #include <asm/ldt.h>
49 #include <asm/processor.h>
50 #include <asm/i387.h>
51 #include <asm/desc.h>
52 #ifdef CONFIG_MATH_EMULATION
53 #include <asm/math_emu.h>
54 #endif
55
56 #include <linux/err.h>
57
58 #include <asm/tlbflush.h>
59 #include <asm/cpu.h>
60 #include <asm/idle.h>
61 #include <asm/syscalls.h>
62 #include <asm/ds.h>
63
64 asmlinkage void ret_from_fork(void) __asm__("ret_from_fork");
65
66 DEFINE_PER_CPU(struct task_struct *, current_task) = &init_task;
67 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(current_task);
68
69 DEFINE_PER_CPU(int, cpu_number);
70 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(cpu_number);
71
72 /*
73  * Return saved PC of a blocked thread.
74  */
75 unsigned long thread_saved_pc(struct task_struct *tsk)
76 {
77         return ((unsigned long *)tsk->thread.sp)[3];
78 }
79
80 #ifndef CONFIG_SMP
81 static inline void play_dead(void)
82 {
83         BUG();
84 }
85 #endif
86
87 /*
88  * The idle thread. There's no useful work to be
89  * done, so just try to conserve power and have a
90  * low exit latency (ie sit in a loop waiting for
91  * somebody to say that they'd like to reschedule)
92  */
93 void cpu_idle(void)
94 {
95         int cpu = smp_processor_id();
96
97         current_thread_info()->status |= TS_POLLING;
98
99         /* endless idle loop with no priority at all */
100         while (1) {
101                 tick_nohz_stop_sched_tick(1);
102                 while (!need_resched()) {
103
104                         check_pgt_cache();
105                         rmb();
106
107                         if (cpu_is_offline(cpu))
108                                 play_dead();
109
110                         local_irq_disable();
111                         __get_cpu_var(irq_stat).idle_timestamp = jiffies;
112                         /* Don't trace irqs off for idle */
113                         stop_critical_timings();
114                         pm_idle();
115                         start_critical_timings();
116                 }
117                 tick_nohz_restart_sched_tick();
118                 preempt_enable_no_resched();
119                 schedule();
120                 preempt_disable();
121         }
122 }
123
124 void __show_regs(struct pt_regs *regs, int all)
125 {
126         unsigned long cr0 = 0L, cr2 = 0L, cr3 = 0L, cr4 = 0L;
127         unsigned long d0, d1, d2, d3, d6, d7;
128         unsigned long sp;
129         unsigned short ss, gs;
130         const char *board;
131
132         if (user_mode_vm(regs)) {
133                 sp = regs->sp;
134                 ss = regs->ss & 0xffff;
135                 savesegment(gs, gs);
136         } else {
137                 sp = (unsigned long) (&regs->sp);
138                 savesegment(ss, ss);
139                 savesegment(gs, gs);
140         }
141
142         printk("\n");
143
144         board = dmi_get_system_info(DMI_PRODUCT_NAME);
145         if (!board)
146                 board = "";
147         printk("Pid: %d, comm: %s %s (%s %.*s) %s\n",
148                         task_pid_nr(current), current->comm,
149                         print_tainted(), init_utsname()->release,
150                         (int)strcspn(init_utsname()->version, " "),
151                         init_utsname()->version, board);
152
153         printk("EIP: %04x:[<%08lx>] EFLAGS: %08lx CPU: %d\n",
154                         (u16)regs->cs, regs->ip, regs->flags,
155                         smp_processor_id());
156         print_symbol("EIP is at %s\n", regs->ip);
157
158         printk("EAX: %08lx EBX: %08lx ECX: %08lx EDX: %08lx\n",
159                 regs->ax, regs->bx, regs->cx, regs->dx);
160         printk("ESI: %08lx EDI: %08lx EBP: %08lx ESP: %08lx\n",
161                 regs->si, regs->di, regs->bp, sp);
162         printk(" DS: %04x ES: %04x FS: %04x GS: %04x SS: %04x\n",
163                (u16)regs->ds, (u16)regs->es, (u16)regs->fs, gs, ss);
164
165         if (!all)
166                 return;
167
168         cr0 = read_cr0();
169         cr2 = read_cr2();
170         cr3 = read_cr3();
171         cr4 = read_cr4_safe();
172         printk("CR0: %08lx CR2: %08lx CR3: %08lx CR4: %08lx\n",
173                         cr0, cr2, cr3, cr4);
174
175         get_debugreg(d0, 0);
176         get_debugreg(d1, 1);
177         get_debugreg(d2, 2);
178         get_debugreg(d3, 3);
179         printk("DR0: %08lx DR1: %08lx DR2: %08lx DR3: %08lx\n",
180                         d0, d1, d2, d3);
181
182         get_debugreg(d6, 6);
183         get_debugreg(d7, 7);
184         printk("DR6: %08lx DR7: %08lx\n",
185                         d6, d7);
186 }
187
188 void show_regs(struct pt_regs *regs)
189 {
190         __show_regs(regs, 1);
191         show_trace(NULL, regs, &regs->sp, regs->bp);
192 }
193
194 /*
195  * This gets run with %bx containing the
196  * function to call, and %dx containing
197  * the "args".
198  */
199 extern void kernel_thread_helper(void);
200
201 /*
202  * Create a kernel thread
203  */
204 int kernel_thread(int (*fn)(void *), void *arg, unsigned long flags)
205 {
206         struct pt_regs regs;
207
208         memset(&regs, 0, sizeof(regs));
209
210         regs.bx = (unsigned long) fn;
211         regs.dx = (unsigned long) arg;
212
213         regs.ds = __USER_DS;
214         regs.es = __USER_DS;
215         regs.fs = __KERNEL_PERCPU;
216         regs.orig_ax = -1;
217         regs.ip = (unsigned long) kernel_thread_helper;
218         regs.cs = __KERNEL_CS | get_kernel_rpl();
219         regs.flags = X86_EFLAGS_IF | X86_EFLAGS_SF | X86_EFLAGS_PF | 0x2;
220
221         /* Ok, create the new process.. */
222         return do_fork(flags | CLONE_VM | CLONE_UNTRACED, 0, &regs, 0, NULL, NULL);
223 }
224 EXPORT_SYMBOL(kernel_thread);
225
226 /*
227  * Free current thread data structures etc..
228  */
229 void exit_thread(void)
230 {
231         /* The process may have allocated an io port bitmap... nuke it. */
232         if (unlikely(test_thread_flag(TIF_IO_BITMAP))) {
233                 struct task_struct *tsk = current;
234                 struct thread_struct *t = &tsk->thread;
235                 int cpu = get_cpu();
236                 struct tss_struct *tss = &per_cpu(init_tss, cpu);
237
238                 kfree(t->io_bitmap_ptr);
239                 t->io_bitmap_ptr = NULL;
240                 clear_thread_flag(TIF_IO_BITMAP);
241                 /*
242                  * Careful, clear this in the TSS too:
243                  */
244                 memset(tss->io_bitmap, 0xff, tss->io_bitmap_max);
245                 t->io_bitmap_max = 0;
246                 tss->io_bitmap_owner = NULL;
247                 tss->io_bitmap_max = 0;
248                 tss->x86_tss.io_bitmap_base = INVALID_IO_BITMAP_OFFSET;
249                 put_cpu();
250         }
251
252         ds_exit_thread(current);
253 }
254
255 void flush_thread(void)
256 {
257         struct task_struct *tsk = current;
258
259         tsk->thread.debugreg0 = 0;
260         tsk->thread.debugreg1 = 0;
261         tsk->thread.debugreg2 = 0;
262         tsk->thread.debugreg3 = 0;
263         tsk->thread.debugreg6 = 0;
264         tsk->thread.debugreg7 = 0;
265         memset(tsk->thread.tls_array, 0, sizeof(tsk->thread.tls_array));
266         clear_tsk_thread_flag(tsk, TIF_DEBUG);
267         /*
268          * Forget coprocessor state..
269          */
270         tsk->fpu_counter = 0;
271         clear_fpu(tsk);
272         clear_used_math();
273 }
274
275 void release_thread(struct task_struct *dead_task)
276 {
277         BUG_ON(dead_task->mm);
278         release_vm86_irqs(dead_task);
279 }
280
281 /*
282  * This gets called before we allocate a new thread and copy
283  * the current task into it.
284  */
285 void prepare_to_copy(struct task_struct *tsk)
286 {
287         unlazy_fpu(tsk);
288 }
289
290 int copy_thread(int nr, unsigned long clone_flags, unsigned long sp,
291         unsigned long unused,
292         struct task_struct *p, struct pt_regs *regs)
293 {
294         struct pt_regs *childregs;
295         struct task_struct *tsk;
296         int err;
297
298         childregs = task_pt_regs(p);
299         *childregs = *regs;
300         childregs->ax = 0;
301         childregs->sp = sp;
302
303         p->thread.sp = (unsigned long) childregs;
304         p->thread.sp0 = (unsigned long) (childregs+1);
305
306         p->thread.ip = (unsigned long) ret_from_fork;
307
308         savesegment(gs, p->thread.gs);
309
310         tsk = current;
311         if (unlikely(test_tsk_thread_flag(tsk, TIF_IO_BITMAP))) {
312                 p->thread.io_bitmap_ptr = kmemdup(tsk->thread.io_bitmap_ptr,
313                                                 IO_BITMAP_BYTES, GFP_KERNEL);
314                 if (!p->thread.io_bitmap_ptr) {
315                         p->thread.io_bitmap_max = 0;
316                         return -ENOMEM;
317                 }
318                 set_tsk_thread_flag(p, TIF_IO_BITMAP);
319         }
320
321         err = 0;
322
323         /*
324          * Set a new TLS for the child thread?
325          */
326         if (clone_flags & CLONE_SETTLS)
327                 err = do_set_thread_area(p, -1,
328                         (struct user_desc __user *)childregs->si, 0);
329
330         if (err && p->thread.io_bitmap_ptr) {
331                 kfree(p->thread.io_bitmap_ptr);
332                 p->thread.io_bitmap_max = 0;
333         }
334
335         ds_copy_thread(p, current);
336
337         clear_tsk_thread_flag(p, TIF_DEBUGCTLMSR);
338         p->thread.debugctlmsr = 0;
339
340         return err;
341 }
342
343 void
344 start_thread(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip, unsigned long new_sp)
345 {
346         __asm__("movl %0, %%gs" : : "r"(0));
347         regs->fs                = 0;
348         set_fs(USER_DS);
349         regs->ds                = __USER_DS;
350         regs->es                = __USER_DS;
351         regs->ss                = __USER_DS;
352         regs->cs                = __USER_CS;
353         regs->ip                = new_ip;
354         regs->sp                = new_sp;
355         /*
356          * Free the old FP and other extended state
357          */
358         free_thread_xstate(current);
359 }
360 EXPORT_SYMBOL_GPL(start_thread);
361
362 static void hard_disable_TSC(void)
363 {
364         write_cr4(read_cr4() | X86_CR4_TSD);
365 }
366
367 void disable_TSC(void)
368 {
369         preempt_disable();
370         if (!test_and_set_thread_flag(TIF_NOTSC))
371                 /*
372                  * Must flip the CPU state synchronously with
373                  * TIF_NOTSC in the current running context.
374                  */
375                 hard_disable_TSC();
376         preempt_enable();
377 }
378
379 static void hard_enable_TSC(void)
380 {
381         write_cr4(read_cr4() & ~X86_CR4_TSD);
382 }
383
384 static void enable_TSC(void)
385 {
386         preempt_disable();
387         if (test_and_clear_thread_flag(TIF_NOTSC))
388                 /*
389                  * Must flip the CPU state synchronously with
390                  * TIF_NOTSC in the current running context.
391                  */
392                 hard_enable_TSC();
393         preempt_enable();
394 }
395
396 int get_tsc_mode(unsigned long adr)
397 {
398         unsigned int val;
399
400         if (test_thread_flag(TIF_NOTSC))
401                 val = PR_TSC_SIGSEGV;
402         else
403                 val = PR_TSC_ENABLE;
404
405         return put_user(val, (unsigned int __user *)adr);
406 }
407
408 int set_tsc_mode(unsigned int val)
409 {
410         if (val == PR_TSC_SIGSEGV)
411                 disable_TSC();
412         else if (val == PR_TSC_ENABLE)
413                 enable_TSC();
414         else
415                 return -EINVAL;
416
417         return 0;
418 }
419
420 static noinline void
421 __switch_to_xtra(struct task_struct *prev_p, struct task_struct *next_p,
422                  struct tss_struct *tss)
423 {
424         struct thread_struct *prev, *next;
425
426         prev = &prev_p->thread;
427         next = &next_p->thread;
428
429         if (test_tsk_thread_flag(next_p, TIF_DS_AREA_MSR) ||
430             test_tsk_thread_flag(prev_p, TIF_DS_AREA_MSR))
431                 ds_switch_to(prev_p, next_p);
432         else if (next->debugctlmsr != prev->debugctlmsr)
433                 update_debugctlmsr(next->debugctlmsr);
434
435         if (test_tsk_thread_flag(next_p, TIF_DEBUG)) {
436                 set_debugreg(next->debugreg0, 0);
437                 set_debugreg(next->debugreg1, 1);
438                 set_debugreg(next->debugreg2, 2);
439                 set_debugreg(next->debugreg3, 3);
440                 /* no 4 and 5 */
441                 set_debugreg(next->debugreg6, 6);
442                 set_debugreg(next->debugreg7, 7);
443         }
444
445         if (test_tsk_thread_flag(prev_p, TIF_NOTSC) ^
446             test_tsk_thread_flag(next_p, TIF_NOTSC)) {
447                 /* prev and next are different */
448                 if (test_tsk_thread_flag(next_p, TIF_NOTSC))
449                         hard_disable_TSC();
450                 else
451                         hard_enable_TSC();
452         }
453
454         if (!test_tsk_thread_flag(next_p, TIF_IO_BITMAP)) {
455                 /*
456                  * Disable the bitmap via an invalid offset. We still cache
457                  * the previous bitmap owner and the IO bitmap contents:
458                  */
459                 tss->x86_tss.io_bitmap_base = INVALID_IO_BITMAP_OFFSET;
460                 return;
461         }
462
463         if (likely(next == tss->io_bitmap_owner)) {
464                 /*
465                  * Previous owner of the bitmap (hence the bitmap content)
466                  * matches the next task, we dont have to do anything but
467                  * to set a valid offset in the TSS:
468                  */
469                 tss->x86_tss.io_bitmap_base = IO_BITMAP_OFFSET;
470                 return;
471         }
472         /*
473          * Lazy TSS's I/O bitmap copy. We set an invalid offset here
474          * and we let the task to get a GPF in case an I/O instruction
475          * is performed.  The handler of the GPF will verify that the
476          * faulting task has a valid I/O bitmap and, it true, does the
477          * real copy and restart the instruction.  This will save us
478          * redundant copies when the currently switched task does not
479          * perform any I/O during its timeslice.
480          */
481         tss->x86_tss.io_bitmap_base = INVALID_IO_BITMAP_OFFSET_LAZY;
482 }
483
484 /*
485  *      switch_to(x,yn) should switch tasks from x to y.
486  *
487  * We fsave/fwait so that an exception goes off at the right time
488  * (as a call from the fsave or fwait in effect) rather than to
489  * the wrong process. Lazy FP saving no longer makes any sense
490  * with modern CPU's, and this simplifies a lot of things (SMP
491  * and UP become the same).
492  *
493  * NOTE! We used to use the x86 hardware context switching. The
494  * reason for not using it any more becomes apparent when you
495  * try to recover gracefully from saved state that is no longer
496  * valid (stale segment register values in particular). With the
497  * hardware task-switch, there is no way to fix up bad state in
498  * a reasonable manner.
499  *
500  * The fact that Intel documents the hardware task-switching to
501  * be slow is a fairly red herring - this code is not noticeably
502  * faster. However, there _is_ some room for improvement here,
503  * so the performance issues may eventually be a valid point.
504  * More important, however, is the fact that this allows us much
505  * more flexibility.
506  *
507  * The return value (in %ax) will be the "prev" task after
508  * the task-switch, and shows up in ret_from_fork in entry.S,
509  * for example.
510  */
511 __notrace_funcgraph struct task_struct *
512 __switch_to(struct task_struct *prev_p, struct task_struct *next_p)
513 {
514         struct thread_struct *prev = &prev_p->thread,
515                                  *next = &next_p->thread;
516         int cpu = smp_processor_id();
517         struct tss_struct *tss = &per_cpu(init_tss, cpu);
518
519         /* never put a printk in __switch_to... printk() calls wake_up*() indirectly */
520
521         __unlazy_fpu(prev_p);
522
523
524         /* we're going to use this soon, after a few expensive things */
525         if (next_p->fpu_counter > 5)
526                 prefetch(next->xstate);
527
528         /*
529          * Reload esp0.
530          */
531         load_sp0(tss, next);
532
533         /*
534          * Save away %gs. No need to save %fs, as it was saved on the
535          * stack on entry.  No need to save %es and %ds, as those are
536          * always kernel segments while inside the kernel.  Doing this
537          * before setting the new TLS descriptors avoids the situation
538          * where we temporarily have non-reloadable segments in %fs
539          * and %gs.  This could be an issue if the NMI handler ever
540          * used %fs or %gs (it does not today), or if the kernel is
541          * running inside of a hypervisor layer.
542          */
543         savesegment(gs, prev->gs);
544
545         /*
546          * Load the per-thread Thread-Local Storage descriptor.
547          */
548         load_TLS(next, cpu);
549
550         /*
551          * Restore IOPL if needed.  In normal use, the flags restore
552          * in the switch assembly will handle this.  But if the kernel
553          * is running virtualized at a non-zero CPL, the popf will
554          * not restore flags, so it must be done in a separate step.
555          */
556         if (get_kernel_rpl() && unlikely(prev->iopl != next->iopl))
557                 set_iopl_mask(next->iopl);
558
559         /*
560          * Now maybe handle debug registers and/or IO bitmaps
561          */
562         if (unlikely(task_thread_info(prev_p)->flags & _TIF_WORK_CTXSW_PREV ||
563                      task_thread_info(next_p)->flags & _TIF_WORK_CTXSW_NEXT))
564                 __switch_to_xtra(prev_p, next_p, tss);
565
566         /*
567          * Leave lazy mode, flushing any hypercalls made here.
568          * This must be done before restoring TLS segments so
569          * the GDT and LDT are properly updated, and must be
570          * done before math_state_restore, so the TS bit is up
571          * to date.
572          */
573         arch_leave_lazy_cpu_mode();
574
575         /* If the task has used fpu the last 5 timeslices, just do a full
576          * restore of the math state immediately to avoid the trap; the
577          * chances of needing FPU soon are obviously high now
578          *
579          * tsk_used_math() checks prevent calling math_state_restore(),
580          * which can sleep in the case of !tsk_used_math()
581          */
582         if (tsk_used_math(next_p) && next_p->fpu_counter > 5)
583                 math_state_restore();
584
585         /*
586          * Restore %gs if needed (which is common)
587          */
588         if (prev->gs | next->gs)
589                 loadsegment(gs, next->gs);
590
591         x86_write_percpu(current_task, next_p);
592
593         return prev_p;
594 }
595
596 asmlinkage int sys_fork(struct pt_regs regs)
597 {
598         return do_fork(SIGCHLD, regs.sp, &regs, 0, NULL, NULL);
599 }
600
601 asmlinkage int sys_clone(struct pt_regs regs)
602 {
603         unsigned long clone_flags;
604         unsigned long newsp;
605         int __user *parent_tidptr, *child_tidptr;
606
607         clone_flags = regs.bx;
608         newsp = regs.cx;
609         parent_tidptr = (int __user *)regs.dx;
610         child_tidptr = (int __user *)regs.di;
611         if (!newsp)
612                 newsp = regs.sp;
613         return do_fork(clone_flags, newsp, &regs, 0, parent_tidptr, child_tidptr);
614 }
615
616 /*
617  * This is trivial, and on the face of it looks like it
618  * could equally well be done in user mode.
619  *
620  * Not so, for quite unobvious reasons - register pressure.
621  * In user mode vfork() cannot have a stack frame, and if
622  * done by calling the "clone()" system call directly, you
623  * do not have enough call-clobbered registers to hold all
624  * the information you need.
625  */
626 asmlinkage int sys_vfork(struct pt_regs regs)
627 {
628         return do_fork(CLONE_VFORK | CLONE_VM | SIGCHLD, regs.sp, &regs, 0, NULL, NULL);
629 }
630
631 /*
632  * sys_execve() executes a new program.
633  */
634 asmlinkage int sys_execve(struct pt_regs regs)
635 {
636         int error;
637         char *filename;
638
639         filename = getname((char __user *) regs.bx);
640         error = PTR_ERR(filename);
641         if (IS_ERR(filename))
642                 goto out;
643         error = do_execve(filename,
644                         (char __user * __user *) regs.cx,
645                         (char __user * __user *) regs.dx,
646                         &regs);
647         if (error == 0) {
648                 /* Make sure we don't return using sysenter.. */
649                 set_thread_flag(TIF_IRET);
650         }
651         putname(filename);
652 out:
653         return error;
654 }
655
656 #define top_esp                (THREAD_SIZE - sizeof(unsigned long))
657 #define top_ebp                (THREAD_SIZE - 2*sizeof(unsigned long))
658
659 unsigned long get_wchan(struct task_struct *p)
660 {
661         unsigned long bp, sp, ip;
662         unsigned long stack_page;
663         int count = 0;
664         if (!p || p == current || p->state == TASK_RUNNING)
665                 return 0;
666         stack_page = (unsigned long)task_stack_page(p);
667         sp = p->thread.sp;
668         if (!stack_page || sp < stack_page || sp > top_esp+stack_page)
669                 return 0;
670         /* include/asm-i386/system.h:switch_to() pushes bp last. */
671         bp = *(unsigned long *) sp;
672         do {
673                 if (bp < stack_page || bp > top_ebp+stack_page)
674                         return 0;
675                 ip = *(unsigned long *) (bp+4);
676                 if (!in_sched_functions(ip))
677                         return ip;
678                 bp = *(unsigned long *) bp;
679         } while (count++ < 16);
680         return 0;
681 }
682
683 unsigned long arch_align_stack(unsigned long sp)
684 {
685         if (!(current->personality & ADDR_NO_RANDOMIZE) && randomize_va_space)
686                 sp -= get_random_int() % 8192;
687         return sp & ~0xf;
688 }
689
690 unsigned long arch_randomize_brk(struct mm_struct *mm)
691 {
692         unsigned long range_end = mm->brk + 0x02000000;
693         return randomize_range(mm->brk, range_end, 0) ? : mm->brk;
694 }