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