sys/i386/i386/trap.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
   3  *
   4  * Copyright (C) 1994, David Greenman
   5  * Copyright (c) 1990, 1993
   6  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   7  *
   8  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
   9  * the University of Utah, and William Jolitz.
  10  *
  11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  12  * modification, are permitted provided that the following conditions
  13  * are met:
  14  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  16  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  18  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  19  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  20  *    must display the following acknowledgement:
  21  *      This product includes software developed by the University of
  22  *      California, Berkeley and its contributors.
  23  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  24  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  25  *    without specific prior written permission.
  26  *
  27  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  28  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  29  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  30  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  31  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  32  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  33  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  34  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  35  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  36  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  37  * SUCH DAMAGE.
  38  *
  39  *      from: @(#)trap.c        7.4 (Berkeley) 5/13/91
  40  */
  41
  42 #include <sys/cdefs.h>
  43 __FBSDID("$FreeBSD$");
  44
  45 /*
  46  * 386 Trap and System call handling
  47  */
  48
  49 #include "opt_clock.h"
  50 #include "opt_compat.h"
  51 #include "opt_cpu.h"
  52 #include "opt_hwpmc_hooks.h"
  53 #include "opt_isa.h"
  54 #include "opt_kdb.h"
  55 #include "opt_trap.h"
  56
  57 #include <sys/param.h>
  58 #include <sys/bus.h>
  59 #include <sys/systm.h>
  60 #include <sys/proc.h>
  61 #include <sys/ptrace.h>
  62 #include <sys/kdb.h>
  63 #include <sys/kernel.h>
  64 #include <sys/ktr.h>
  65 #include <sys/lock.h>
  66 #include <sys/mutex.h>
  67 #include <sys/resourcevar.h>
  68 #include <sys/signalvar.h>
  69 #include <sys/syscall.h>
  70 #include <sys/sysctl.h>
  71 #include <sys/sysent.h>
  72 #include <sys/uio.h>
  73 #include <sys/vmmeter.h>
  74 #ifdef HWPMC_HOOKS
  75 #include <sys/pmckern.h>
  76 PMC_SOFT_DEFINE( , , page_fault, all);
  77 PMC_SOFT_DEFINE( , , page_fault, read);
  78 PMC_SOFT_DEFINE( , , page_fault, write);
  79 #endif
  80 #include <security/audit/audit.h>
  81
  82 #include <vm/vm.h>
  83 #include <vm/vm_param.h>
  84 #include <vm/pmap.h>
  85 #include <vm/vm_kern.h>
  86 #include <vm/vm_map.h>
  87 #include <vm/vm_page.h>
  88 #include <vm/vm_extern.h>
  89
  90 #include <machine/cpu.h>
  91 #include <machine/intr_machdep.h>
  92 #include <x86/mca.h>
  93 #include <machine/md_var.h>
  94 #include <machine/pcb.h>
  95 #ifdef SMP
  96 #include <machine/smp.h>
  97 #endif
  98 #include <machine/stack.h>
  99 #include <machine/trap.h>
 100 #include <machine/tss.h>
 101 #include <machine/vm86.h>
 102
 103 #ifdef POWERFAIL_NMI
 104 #include <sys/syslog.h>
 105 #include <machine/clock.h>
 106 #endif
 107
 108 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 109 #include <sys/dtrace_bsd.h>
 110 #endif
 111
 112 void trap(struct trapframe *frame);
 113 void syscall(struct trapframe *frame);
 114
 115 static int trap_pfault(struct trapframe *, bool, vm_offset_t, int *, int *);
 116 static void trap_fatal(struct trapframe *, vm_offset_t);
 117 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 118 static bool trap_user_dtrace(struct trapframe *,
 119     int (**hook)(struct trapframe *));
 120 #endif
 121 void dblfault_handler(void);
 122
 123 extern inthand_t IDTVEC(bpt), IDTVEC(dbg), IDTVEC(int0x80_syscall);
 124 extern uint64_t pg_nx;
 125
 126 struct trap_data {
 127         bool            ei;
 128         const char      *msg;
 129 };
 130
 131 static const struct trap_data trap_data[] = {
 132         [T_PRIVINFLT] = { .ei = true,   .msg = "privileged instruction fault" },
 133         [T_BPTFLT] =    { .ei = false,  .msg = "breakpoint instruction fault" },
 134         [T_ARITHTRAP] = { .ei = true,   .msg = "arithmetic trap" },
 135         [T_PROTFLT] =   { .ei = true,   .msg = "general protection fault" },
 136         [T_TRCTRAP] =   { .ei = false,  .msg = "debug exception" },
 137         [T_PAGEFLT] =   { .ei = true,   .msg = "page fault" },
 138         [T_ALIGNFLT] =  { .ei = true,   .msg = "alignment fault" },
 139         [T_DIVIDE] =    { .ei = true,   .msg = "integer divide fault" },
 140         [T_NMI] =       { .ei = false,  .msg = "non-maskable interrupt trap" },
 141         [T_OFLOW] =     { .ei = true,   .msg = "overflow trap" },
 142         [T_BOUND] =     { .ei = true,   .msg = "FPU bounds check fault" },
 143         [T_DNA] =       { .ei = true,   .msg = "FPU device not available" },
 144         [T_DOUBLEFLT] = { .ei = false,  .msg = "double fault" },
 145         [T_FPOPFLT] =   { .ei = true,   .msg = "FPU operand fetch fault" },
 146         [T_TSSFLT] =    { .ei = true,   .msg = "invalid TSS fault" },
 147         [T_SEGNPFLT] =  { .ei = true,   .msg = "segment not present fault" },
 148         [T_STKFLT] =    { .ei = true,   .msg = "stack fault" },
 149         [T_MCHK] =      { .ei = true,   .msg = "machine check trap" },
 150         [T_XMMFLT] =    { .ei = true,   .msg = "SIMD floating-point exception" },
 151         [T_DTRACE_RET] ={ .ei = true,   .msg = "DTrace pid return trap" },
 152 };
 153
 154 static bool
 155 trap_enable_intr(int trapno)
 156 {
 157
 158         MPASS(trapno > 0);
 159         if (trapno < nitems(trap_data) && trap_data[trapno].msg != NULL)
 160                 return (trap_data[trapno].ei);
 161         return (false);
 162 }
 163
 164 static const char *
 165 trap_msg(int trapno)
 166 {
 167         const char *res;
 168         static const char unkn[] = "UNKNOWN";
 169
 170         res = NULL;
 171         if (trapno < nitems(trap_data))
 172                 res = trap_data[trapno].msg;
 173         if (res == NULL)
 174                 res = unkn;
 175         return (res);
 176 }
 177
 178 #if defined(I586_CPU) && !defined(NO_F00F_HACK)
 179 int has_f00f_bug = 0;           /* Initialized so that it can be patched. */
 180 #endif
 181
 182 static int uprintf_signal;
 183 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, uprintf_signal, CTLFLAG_RW,
 184     &uprintf_signal, 0,
 185     "Print debugging information on trap signal to ctty");
 186
 187 /*
 188  * Exception, fault, and trap interface to the FreeBSD kernel.
 189  * This common code is called from assembly language IDT gate entry
 190  * routines that prepare a suitable stack frame, and restore this
 191  * frame after the exception has been processed.
 192  */
 193
 194 void
 195 trap(struct trapframe *frame)
 196 {
 197         ksiginfo_t ksi;
 198         struct thread *td;
 199         struct proc *p;
 200         int pf, signo, ucode;
 201         u_int type;
 202         register_t addr, dr6;
 203         vm_offset_t eva;
 204 #ifdef POWERFAIL_NMI
 205         static int lastalert = 0;
 206 #endif
 207
 208         td = curthread;
 209         p = td->td_proc;
 210         dr6 = 0;
 211
 212         VM_CNT_INC(v_trap);
 213         type = frame->tf_trapno;
 214
 215         KASSERT((read_eflags() & PSL_I) == 0,
 216             ("trap: interrupts enabled, type %d frame %p", type, frame));
 217
 218 #ifdef SMP
 219         /* Handler for NMI IPIs used for stopping CPUs. */
 220         if (type == T_NMI && ipi_nmi_handler() == 0)
 221                 return;
 222 #endif /* SMP */
 223
 224 #ifdef KDB
 225         if (kdb_active) {
 226                 kdb_reenter();
 227                 return;
 228         }
 229 #endif
 230
 231         if (type == T_RESERVED) {
 232                 trap_fatal(frame, 0);
 233                 return;
 234         }
 235
 236         if (type == T_NMI) {
 237 #ifdef HWPMC_HOOKS
 238                 /*
 239                  * CPU PMCs interrupt using an NMI so we check for that first.
 240                  * If the HWPMC module is active, 'pmc_hook' will point to
 241                  * the function to be called.  A non-zero return value from the
 242                  * hook means that the NMI was consumed by it and that we can
 243                  * return immediately.
 244                  */
 245                 if (pmc_intr != NULL &&
 246                     (*pmc_intr)(frame) != 0)
 247                         return;
 248 #endif
 249         }
 250
 251         if (type == T_MCHK) {
 252                 mca_intr();
 253                 return;
 254         }
 255
 256 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 257         /*
 258          * A trap can occur while DTrace executes a probe. Before
 259          * executing the probe, DTrace blocks re-scheduling and sets
 260          * a flag in its per-cpu flags to indicate that it doesn't
 261          * want to fault. On returning from the probe, the no-fault
 262          * flag is cleared and finally re-scheduling is enabled.
 263          */
 264         if ((type == T_PROTFLT || type == T_PAGEFLT) &&
 265             dtrace_trap_func != NULL && (*dtrace_trap_func)(frame, type))
 266                 return;
 267 #endif
 268
 269         /*
 270          * We must not allow context switches until %cr2 is read.
 271          * Also, for some Cyrix CPUs, %cr2 is clobbered by interrupts.
 272          * All faults use interrupt gates, so %cr2 can be safely read
 273          * now, before optional enable of the interrupts below.
 274          */
 275         if (type == T_PAGEFLT)
 276                 eva = rcr2();
 277
 278         /*
 279          * Buggy application or kernel code has disabled interrupts
 280          * and then trapped.  Enabling interrupts now is wrong, but it
 281          * is better than running with interrupts disabled until they
 282          * are accidentally enabled later.
 283          */
 284         if ((frame->tf_eflags & PSL_I) == 0 && TRAPF_USERMODE(frame) &&
 285             (curpcb->pcb_flags & PCB_VM86CALL) == 0)
 286                 uprintf("pid %ld (%s): trap %d with interrupts disabled\n",
 287                     (long)curproc->p_pid, curthread->td_name, type);
 288
 289         /*
 290          * Conditionally reenable interrupts.  If we hold a spin lock,
 291          * then we must not reenable interrupts.  This might be a
 292          * spurious page fault.
 293          */
 294         if (trap_enable_intr(type) && td->td_md.md_spinlock_count == 0 &&
 295             frame->tf_eip != (int)cpu_switch_load_gs)
 296                 enable_intr();
 297
 298         if (TRAPF_USERMODE(frame) && (curpcb->pcb_flags & PCB_VM86CALL) == 0) {
 299                 /* user trap */
 300
 301                 td->td_pticks = 0;
 302                 td->td_frame = frame;
 303                 addr = frame->tf_eip;
 304                 if (td->td_cowgen != p->p_cowgen)
 305                         thread_cow_update(td);
 306
 307                 switch (type) {
 308                 case T_PRIVINFLT:       /* privileged instruction fault */
 309                         signo = SIGILL;
 310                         ucode = ILL_PRVOPC;
 311                         break;
 312
 313                 case T_BPTFLT:          /* bpt instruction fault */
 314 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 315                         if (trap_user_dtrace(frame, &dtrace_pid_probe_ptr))
 316                                 return;
 317 #else
 318                         enable_intr();
 319 #endif
 320                         signo = SIGTRAP;
 321                         ucode = TRAP_BRKPT;
 322                         break;
 323
 324                 case T_TRCTRAP:         /* debug exception */
 325                         enable_intr();
 326 user_trctrap_out:
 327                         signo = SIGTRAP;
 328                         ucode = TRAP_TRACE;
 329                         dr6 = rdr6();
 330                         if ((dr6 & DBREG_DR6_BS) != 0) {
 331                                 PROC_LOCK(td->td_proc);
 332                                 if ((td->td_dbgflags & TDB_STEP) != 0) {
 333                                         td->td_frame->tf_eflags &= ~PSL_T;
 334                                         td->td_dbgflags &= ~TDB_STEP;
 335                                 }
 336                                 PROC_UNLOCK(td->td_proc);
 337                         }
 338                         break;
 339
 340                 case T_ARITHTRAP:       /* arithmetic trap */
 341                         ucode = npxtrap_x87();
 342                         if (ucode == -1)
 343                                 return;
 344                         signo = SIGFPE;
 345                         break;
 346
 347                 /*
 348                  * The following two traps can happen in vm86 mode,
 349                  * and, if so, we want to handle them specially.
 350                  */
 351                 case T_PROTFLT:         /* general protection fault */
 352                 case T_STKFLT:          /* stack fault */
 353                         if (frame->tf_eflags & PSL_VM) {
 354                                 signo = vm86_emulate((struct vm86frame *)frame);
 355                                 ucode = 0;      /* XXXKIB: better code ? */
 356                                 if (signo == SIGTRAP) {
 357                                         load_dr6(rdr6() | 0x4000);
 358                                         goto user_trctrap_out;
 359                                 }
 360                                 if (signo == 0)
 361                                         goto user;
 362                                 break;
 363                         }
 364                         signo = SIGBUS;
 365                         ucode = (type == T_PROTFLT) ? BUS_OBJERR : BUS_ADRERR;
 366                         break;
 367                 case T_SEGNPFLT:        /* segment not present fault */
 368                         signo = SIGBUS;
 369                         ucode = BUS_ADRERR;
 370                         break;
 371                 case T_TSSFLT:          /* invalid TSS fault */
 372                         signo = SIGBUS;
 373                         ucode = BUS_OBJERR;
 374                         break;
 375                 case T_ALIGNFLT:
 376                         signo = SIGBUS;
 377                         ucode = BUS_ADRALN;
 378                         break;
 379                 case T_DOUBLEFLT:       /* double fault */
 380                 default:
 381                         signo = SIGBUS;
 382                         ucode = BUS_OBJERR;
 383                         break;
 384
 385                 case T_PAGEFLT:         /* page fault */
 386                         addr = eva;
 387                         pf = trap_pfault(frame, true, eva, &signo, &ucode);
 388 #if defined(I586_CPU) && !defined(NO_F00F_HACK)
 389                         if (pf == -2) {
 390                                 /*
 391                                  * The f00f hack workaround has triggered, so
 392                                  * treat the fault as an illegal instruction
 393                                  * (T_PRIVINFLT) instead of a page fault.
 394                                  */
 395                                 type = frame->tf_trapno = T_PRIVINFLT;
 396                                 break;
 397                         }
 398 #endif
 399                         if (pf == -1)
 400                                 return;
 401                         if (pf == 0)
 402                                 goto user;
 403                         break;
 404
 405                 case T_DIVIDE:          /* integer divide fault */
 406                         ucode = FPE_INTDIV;
 407                         signo = SIGFPE;
 408                         break;
 409
 410                 case T_NMI:
 411 #ifdef POWERFAIL_NMI
 412 #ifndef TIMER_FREQ
 413 #  define TIMER_FREQ 1193182
 414 #endif
 415                         if (time_second - lastalert > 10) {
 416                                 log(LOG_WARNING, "NMI: power fail\n");
 417                                 sysbeep(880, hz);
 418                                 lastalert = time_second;
 419                         }
 420                         return;
 421 #else /* !POWERFAIL_NMI */
 422                         nmi_handle_intr(type, frame);
 423                         return;
 424 #endif /* POWERFAIL_NMI */
 425
 426                 case T_OFLOW:           /* integer overflow fault */
 427                         ucode = FPE_INTOVF;
 428                         signo = SIGFPE;
 429                         break;
 430
 431                 case T_BOUND:           /* bounds check fault */
 432                         ucode = FPE_FLTSUB;
 433                         signo = SIGFPE;
 434                         break;
 435
 436                 case T_DNA:
 437                         KASSERT(PCB_USER_FPU(td->td_pcb),
 438                             ("kernel FPU ctx has leaked"));
 439                         /* transparent fault (due to context switch "late") */
 440                         if (npxdna())
 441                                 return;
 442                         uprintf("pid %d killed due to lack of floating point\n",
 443                                 p->p_pid);
 444                         signo = SIGKILL;
 445                         ucode = 0;
 446                         break;
 447
 448                 case T_FPOPFLT:         /* FPU operand fetch fault */
 449                         ucode = ILL_COPROC;
 450                         signo = SIGILL;
 451                         break;
 452
 453                 case T_XMMFLT:          /* SIMD floating-point exception */
 454                         ucode = npxtrap_sse();
 455                         if (ucode == -1)
 456                                 return;
 457                         signo = SIGFPE;
 458                         break;
 459 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 460                 case T_DTRACE_RET:
 461                         (void)trap_user_dtrace(frame, &dtrace_return_probe_ptr);
 462                         return;
 463 #endif
 464                 }
 465         } else {
 466                 /* kernel trap */
 467
 468                 KASSERT(cold || td->td_ucred != NULL,
 469                     ("kernel trap doesn't have ucred"));
 470                 switch (type) {
 471                 case T_PAGEFLT:                 /* page fault */
 472                         (void)trap_pfault(frame, false, eva, NULL, NULL);
 473                         return;
 474
 475                 case T_DNA:
 476                         if (PCB_USER_FPU(td->td_pcb))
 477                                 panic("Unregistered use of FPU in kernel");
 478                         if (npxdna())
 479                                 return;
 480                         break;
 481
 482                 case T_ARITHTRAP:       /* arithmetic trap */
 483                 case T_XMMFLT:          /* SIMD floating-point exception */
 484                 case T_FPOPFLT:         /* FPU operand fetch fault */
 485                         /*
 486                          * XXXKIB for now disable any FPU traps in kernel
 487                          * handler registration seems to be overkill
 488                          */
 489                         trap_fatal(frame, 0);
 490                         return;
 491
 492                         /*
 493                          * The following two traps can happen in
 494                          * vm86 mode, and, if so, we want to handle
 495                          * them specially.
 496                          */
 497                 case T_PROTFLT:         /* general protection fault */
 498                 case T_STKFLT:          /* stack fault */
 499                         if (frame->tf_eflags & PSL_VM) {
 500                                 signo = vm86_emulate((struct vm86frame *)frame);
 501                                 if (signo == SIGTRAP) {
 502                                         type = T_TRCTRAP;
 503                                         load_dr6(rdr6() | 0x4000);
 504                                         goto kernel_trctrap;
 505                                 }
 506                                 if (signo != 0)
 507                                         /*
 508                                          * returns to original process
 509                                          */
 510                                         vm86_trap((struct vm86frame *)frame);
 511                                 return;
 512                         }
 513                         /* FALL THROUGH */
 514                 case T_SEGNPFLT:        /* segment not present fault */
 515                         if (curpcb->pcb_flags & PCB_VM86CALL)
 516                                 break;
 517
 518                         /*
 519                          * Invalid %fs's and %gs's can be created using
 520                          * procfs or PT_SETREGS or by invalidating the
 521                          * underlying LDT entry.  This causes a fault
 522                          * in kernel mode when the kernel attempts to
 523                          * switch contexts.  Lose the bad context
 524                          * (XXX) so that we can continue, and generate
 525                          * a signal.
 526                          */
 527                         if (frame->tf_eip == (int)cpu_switch_load_gs) {
 528                                 curpcb->pcb_gs = 0;
 529 #if 0
 530                                 PROC_LOCK(p);
 531                                 kern_psignal(p, SIGBUS);
 532                                 PROC_UNLOCK(p);
 533 #endif
 534                                 return;
 535                         }
 536
 537                         if (td->td_intr_nesting_level != 0)
 538                                 break;
 539
 540                         /*
 541                          * Invalid segment selectors and out of bounds
 542                          * %eip's and %esp's can be set up in user mode.
 543                          * This causes a fault in kernel mode when the
 544                          * kernel tries to return to user mode.  We want
 545                          * to get this fault so that we can fix the
 546                          * problem here and not have to check all the
 547                          * selectors and pointers when the user changes
 548                          * them.
 549                          *
 550                          * N.B. Comparing to long mode, 32-bit mode
 551                          * does not push %esp on the trap frame,
 552                          * because iretl faulted while in ring 0.  As
 553                          * the consequence, there is no need to fixup
 554                          * the stack pointer for doreti_iret_fault,
 555                          * the fixup and the complimentary trap() call
 556                          * are executed on the main thread stack, not
 557                          * on the trampoline stack.
 558                          */
 559                         if (frame->tf_eip == (int)doreti_iret + setidt_disp) {
 560                                 frame->tf_eip = (int)doreti_iret_fault +
 561                                     setidt_disp;
 562                                 return;
 563                         }
 564                         if (type == T_STKFLT)
 565                                 break;
 566
 567                         if (frame->tf_eip == (int)doreti_popl_ds +
 568                             setidt_disp) {
 569                                 frame->tf_eip = (int)doreti_popl_ds_fault +
 570                                     setidt_disp;
 571                                 return;
 572                         }
 573                         if (frame->tf_eip == (int)doreti_popl_es +
 574                             setidt_disp) {
 575                                 frame->tf_eip = (int)doreti_popl_es_fault +
 576                                     setidt_disp;
 577                                 return;
 578                         }
 579                         if (frame->tf_eip == (int)doreti_popl_fs +
 580                             setidt_disp) {
 581                                 frame->tf_eip = (int)doreti_popl_fs_fault +
 582                                     setidt_disp;
 583                                 return;
 584                         }
 585                         if (curpcb->pcb_onfault != NULL) {
 586                                 frame->tf_eip = (int)curpcb->pcb_onfault;
 587                                 return;
 588                         }
 589                         break;
 590
 591                 case T_TSSFLT:
 592                         /*
 593                          * PSL_NT can be set in user mode and isn't cleared
 594                          * automatically when the kernel is entered.  This
 595                          * causes a TSS fault when the kernel attempts to
 596                          * `iret' because the TSS link is uninitialized.  We
 597                          * want to get this fault so that we can fix the
 598                          * problem here and not every time the kernel is
 599                          * entered.
 600                          */
 601                         if (frame->tf_eflags & PSL_NT) {
 602                                 frame->tf_eflags &= ~PSL_NT;
 603                                 return;
 604                         }
 605                         break;
 606
 607                 case T_TRCTRAP:  /* debug exception */
 608 kernel_trctrap:
 609                         /* Clear any pending debug events. */
 610                         dr6 = rdr6();
 611                         load_dr6(0);
 612
 613                         /*
 614                          * Ignore debug register exceptions due to
 615                          * accesses in the user's address space, which
 616                          * can happen under several conditions such as
 617                          * if a user sets a watchpoint on a buffer and
 618                          * then passes that buffer to a system call.
 619                          * We still want to get TRCTRAPS for addresses
 620                          * in kernel space because that is useful when
 621                          * debugging the kernel.
 622                          */
 623                         if (user_dbreg_trap(dr6) &&
 624                            !(curpcb->pcb_flags & PCB_VM86CALL))
 625                                 return;
 626
 627                         /*
 628                          * Malicious user code can configure a debug
 629                          * register watchpoint to trap on data access
 630                          * to the top of stack and then execute 'pop
 631                          * %ss; int 3'.  Due to exception deferral for
 632                          * 'pop %ss', the CPU will not interrupt 'int
 633                          * 3' to raise the DB# exception for the debug
 634                          * register but will postpone the DB# until
 635                          * execution of the first instruction of the
 636                          * BP# handler (in kernel mode).  Normally the
 637                          * previous check would ignore DB# exceptions
 638                          * for watchpoints on user addresses raised in
 639                          * kernel mode.  However, some CPU errata
 640                          * include cases where DB# exceptions do not
 641                          * properly set bits in %dr6, e.g. Haswell
 642                          * HSD23 and Skylake-X SKZ24.
 643                          *
 644                          * A deferred DB# can also be raised on the
 645                          * first instructions of system call entry
 646                          * points or single-step traps via similar use
 647                          * of 'pop %ss' or 'mov xxx, %ss'.
 648                          */
 649                         if (frame->tf_eip ==
 650                             (uintptr_t)IDTVEC(int0x80_syscall) + setidt_disp ||
 651                             frame->tf_eip == (uintptr_t)IDTVEC(bpt) +
 652                             setidt_disp ||
 653                             frame->tf_eip == (uintptr_t)IDTVEC(dbg) +
 654                             setidt_disp)
 655                                 return;
 656                         /*
 657                          * FALLTHROUGH (TRCTRAP kernel mode, kernel address)
 658                          */
 659                 case T_BPTFLT:
 660                         /*
 661                          * If KDB is enabled, let it handle the debugger trap.
 662                          * Otherwise, debugger traps "can't happen".
 663                          */
 664 #ifdef KDB
 665                         if (kdb_trap(type, dr6, frame))
 666                                 return;
 667 #endif
 668                         break;
 669
 670                 case T_NMI:
 671 #ifdef POWERFAIL_NMI
 672                         if (time_second - lastalert > 10) {
 673                                 log(LOG_WARNING, "NMI: power fail\n");
 674                                 sysbeep(880, hz);
 675                                 lastalert = time_second;
 676                         }
 677                         return;
 678 #else /* !POWERFAIL_NMI */
 679                         nmi_handle_intr(type, frame);
 680                         return;
 681 #endif /* POWERFAIL_NMI */
 682                 }
 683
 684                 trap_fatal(frame, eva);
 685                 return;
 686         }
 687
 688         /* Translate fault for emulators (e.g. Linux) */
 689         if (*p->p_sysent->sv_transtrap != NULL)
 690                 signo = (*p->p_sysent->sv_transtrap)(signo, type);
 691
 692         ksiginfo_init_trap(&ksi);
 693         ksi.ksi_signo = signo;
 694         ksi.ksi_code = ucode;
 695         ksi.ksi_addr = (void *)addr;
 696         ksi.ksi_trapno = type;
 697         if (uprintf_signal) {
 698                 uprintf("pid %d comm %s: signal %d err %x code %d type %d "
 699                     "addr 0x%x ss 0x%04x esp 0x%08x cs 0x%04x eip 0x%08x "
 700                     "<%02x %02x %02x %02x %02x %02x %02x %02x>\n",
 701                     p->p_pid, p->p_comm, signo, frame->tf_err, ucode, type,
 702                     addr, frame->tf_ss, frame->tf_esp, frame->tf_cs,
 703                     frame->tf_eip,
 704                     fubyte((void *)(frame->tf_eip + 0)),
 705                     fubyte((void *)(frame->tf_eip + 1)),
 706                     fubyte((void *)(frame->tf_eip + 2)),
 707                     fubyte((void *)(frame->tf_eip + 3)),
 708                     fubyte((void *)(frame->tf_eip + 4)),
 709                     fubyte((void *)(frame->tf_eip + 5)),
 710                     fubyte((void *)(frame->tf_eip + 6)),
 711                     fubyte((void *)(frame->tf_eip + 7)));
 712         }
 713         KASSERT((read_eflags() & PSL_I) != 0, ("interrupts disabled"));
 714         trapsignal(td, &ksi);
 715
 716 user:
 717         userret(td, frame);
 718         KASSERT(PCB_USER_FPU(td->td_pcb),
 719             ("Return from trap with kernel FPU ctx leaked"));
 720 }
 721
 722 /*
 723  * Handle all details of a page fault.
 724  * Returns:
 725  * -2 if the fault was caused by triggered workaround for Intel Pentium
 726  *    0xf00f bug.
 727  * -1 if this fault was fatal, typically from kernel mode
 728  *    (cannot happen, but we need to return something).
 729  * 0  if this fault was handled by updating either the user or kernel
 730  *    page table, execution can continue.
 731  * 1  if this fault was from usermode and it was not handled, a synchronous
 732  *    signal should be delivered to the thread.  *signo returns the signal
 733  *    number, *ucode gives si_code.
 734  */
 735 static int
 736 trap_pfault(struct trapframe *frame, bool usermode, vm_offset_t eva,
 737     int *signo, int *ucode)
 738 {
 739         struct thread *td;
 740         struct proc *p;
 741         vm_map_t map;
 742         int rv;
 743         vm_prot_t ftype;
 744
 745         MPASS(!usermode || (signo != NULL && ucode != NULL));
 746
 747         td = curthread;
 748         p = td->td_proc;
 749
 750         if (__predict_false((td->td_pflags & TDP_NOFAULTING) != 0)) {
 751                 /*
 752                  * Due to both processor errata and lazy TLB invalidation when
 753                  * access restrictions are removed from virtual pages, memory
 754                  * accesses that are allowed by the physical mapping layer may
 755                  * nonetheless cause one spurious page fault per virtual page.
 756                  * When the thread is executing a "no faulting" section that
 757                  * is bracketed by vm_fault_{disable,enable}_pagefaults(),
 758                  * every page fault is treated as a spurious page fault,
 759                  * unless it accesses the same virtual address as the most
 760                  * recent page fault within the same "no faulting" section.
 761                  */
 762                 if (td->td_md.md_spurflt_addr != eva ||
 763                     (td->td_pflags & TDP_RESETSPUR) != 0) {
 764                         /*
 765                          * Do nothing to the TLB.  A stale TLB entry is
 766                          * flushed automatically by a page fault.
 767                          */
 768                         td->td_md.md_spurflt_addr = eva;
 769                         td->td_pflags &= ~TDP_RESETSPUR;
 770                         return (0);
 771                 }
 772         } else {
 773                 /*
 774                  * If we get a page fault while in a critical section, then
 775                  * it is most likely a fatal kernel page fault.  The kernel
 776                  * is already going to panic trying to get a sleep lock to
 777                  * do the VM lookup, so just consider it a fatal trap so the
 778                  * kernel can print out a useful trap message and even get
 779                  * to the debugger.
 780                  *
 781                  * If we get a page fault while holding a non-sleepable
 782                  * lock, then it is most likely a fatal kernel page fault.
 783                  * If WITNESS is enabled, then it's going to whine about
 784                  * bogus LORs with various VM locks, so just skip to the
 785                  * fatal trap handling directly.
 786                  */
 787                 if (td->td_critnest != 0 ||
 788                     WITNESS_CHECK(WARN_SLEEPOK | WARN_GIANTOK, NULL,
 789                     "Kernel page fault") != 0) {
 790                         trap_fatal(frame, eva);
 791                         return (-1);
 792                 }
 793         }
 794         if (eva >= PMAP_TRM_MIN_ADDRESS) {
 795                 /*
 796                  * Don't allow user-mode faults in kernel address space.
 797                  * An exception:  if the faulting address is the invalid
 798                  * instruction entry in the IDT, then the Intel Pentium
 799                  * F00F bug workaround was triggered, and we need to
 800                  * treat it is as an illegal instruction, and not a page
 801                  * fault.
 802                  */
 803 #if defined(I586_CPU) && !defined(NO_F00F_HACK)
 804                 if ((eva == (unsigned int)&idt[6]) && has_f00f_bug) {
 805                         *ucode = ILL_PRVOPC;
 806                         *signo = SIGILL;
 807                         return (-2);
 808                 }
 809 #endif
 810                 if (usermode) {
 811                         *signo = SIGSEGV;
 812                         *ucode = SEGV_MAPERR;
 813                         return (1);
 814                 }
 815                 trap_fatal(frame, eva);
 816                 return (-1);
 817         } else {
 818                 map = usermode ? &p->p_vmspace->vm_map : kernel_map;
 819
 820                 /*
 821                  * Kernel cannot access a user-space address directly
 822                  * because user pages are not mapped.  Also, page
 823                  * faults must not be caused during the interrupts.
 824                  */
 825                 if (!usermode && td->td_intr_nesting_level != 0) {
 826                         trap_fatal(frame, eva);
 827                         return (-1);
 828                 }
 829         }
 830
 831         /*
 832          * If the trap was caused by errant bits in the PTE then panic.
 833          */
 834         if (frame->tf_err & PGEX_RSV) {
 835                 trap_fatal(frame, eva);
 836                 return (-1);
 837         }
 838
 839         /*
 840          * PGEX_I is defined only if the execute disable bit capability is
 841          * supported and enabled.
 842          */
 843         if (frame->tf_err & PGEX_W)
 844                 ftype = VM_PROT_WRITE;
 845         else if ((frame->tf_err & PGEX_I) && pg_nx != 0)
 846                 ftype = VM_PROT_EXECUTE;
 847         else
 848                 ftype = VM_PROT_READ;
 849
 850         /* Fault in the page. */
 851         rv = vm_fault_trap(map, eva, ftype, VM_FAULT_NORMAL, signo, ucode);
 852         if (rv == KERN_SUCCESS) {
 853 #ifdef HWPMC_HOOKS
 854                 if (ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE) {
 855                         PMC_SOFT_CALL_TF( , , page_fault, all, frame);
 856                         if (ftype == VM_PROT_READ)
 857                                 PMC_SOFT_CALL_TF( , , page_fault, read,
 858                                     frame);
 859                         else
 860                                 PMC_SOFT_CALL_TF( , , page_fault, write,
 861                                     frame);
 862                 }
 863 #endif
 864                 return (0);
 865         }
 866         if (usermode)
 867                 return (1);
 868         if (td->td_intr_nesting_level == 0 &&
 869             curpcb->pcb_onfault != NULL) {
 870                 frame->tf_eip = (int)curpcb->pcb_onfault;
 871                 return (0);
 872         }
 873         trap_fatal(frame, eva);
 874         return (-1);
 875 }
 876
 877 static void
 878 trap_fatal(frame, eva)
 879         struct trapframe *frame;
 880         vm_offset_t eva;
 881 {
 882         int code, ss, esp;
 883         u_int type;
 884         struct soft_segment_descriptor softseg;
 885 #ifdef KDB
 886         bool handled;
 887 #endif
 888
 889         code = frame->tf_err;
 890         type = frame->tf_trapno;
 891         sdtossd(&gdt[IDXSEL(frame->tf_cs & 0xffff)].sd, &softseg);
 892
 893         printf("\n\nFatal trap %d: %s while in %s mode\n", type, trap_msg(type),
 894             frame->tf_eflags & PSL_VM ? "vm86" :
 895             ISPL(frame->tf_cs) == SEL_UPL ? "user" : "kernel");
 896 #ifdef SMP
 897         /* two separate prints in case of a trap on an unmapped page */
 898         printf("cpuid = %d; ", PCPU_GET(cpuid));
 899         printf("apic id = %02x\n", PCPU_GET(apic_id));
 900 #endif
 901         if (type == T_PAGEFLT) {
 902                 printf("fault virtual address   = 0x%x\n", eva);
 903                 printf("fault code              = %s %s%s, %s\n",
 904                         code & PGEX_U ? "user" : "supervisor",
 905                         code & PGEX_W ? "write" : "read",
 906                         pg_nx != 0 ?
 907                         (code & PGEX_I ? " instruction" : " data") :
 908                         "",
 909                         code & PGEX_RSV ? "reserved bits in PTE" :
 910                         code & PGEX_P ? "protection violation" : "page not present");
 911         } else {
 912                 printf("error code              = %#x\n", code);
 913         }
 914         printf("instruction pointer     = 0x%x:0x%x\n",
 915                frame->tf_cs & 0xffff, frame->tf_eip);
 916         if (TF_HAS_STACKREGS(frame)) {
 917                 ss = frame->tf_ss & 0xffff;
 918                 esp = frame->tf_esp;
 919         } else {
 920                 ss = GSEL(GDATA_SEL, SEL_KPL);
 921                 esp = (int)&frame->tf_esp;
 922         }
 923         printf("stack pointer           = 0x%x:0x%x\n", ss, esp);
 924         printf("frame pointer           = 0x%x:0x%x\n", ss, frame->tf_ebp);
 925         printf("code segment            = base 0x%x, limit 0x%x, type 0x%x\n",
 926                softseg.ssd_base, softseg.ssd_limit, softseg.ssd_type);
 927         printf("                        = DPL %d, pres %d, def32 %d, gran %d\n",
 928                softseg.ssd_dpl, softseg.ssd_p, softseg.ssd_def32,
 929                softseg.ssd_gran);
 930         printf("processor eflags        = ");
 931         if (frame->tf_eflags & PSL_T)
 932                 printf("trace trap, ");
 933         if (frame->tf_eflags & PSL_I)
 934                 printf("interrupt enabled, ");
 935         if (frame->tf_eflags & PSL_NT)
 936                 printf("nested task, ");
 937         if (frame->tf_eflags & PSL_RF)
 938                 printf("resume, ");
 939         if (frame->tf_eflags & PSL_VM)
 940                 printf("vm86, ");
 941         printf("IOPL = %d\n", (frame->tf_eflags & PSL_IOPL) >> 12);
 942         printf("current process         = %d (%s)\n",
 943             curproc->p_pid, curthread->td_name);
 944
 945 #ifdef KDB
 946         if (debugger_on_trap) {
 947                 kdb_why = KDB_WHY_TRAP;
 948                 frame->tf_err = eva;    /* smuggle fault address to ddb */
 949                 handled = kdb_trap(type, 0, frame);
 950                 frame->tf_err = code;   /* restore error code */
 951                 kdb_why = KDB_WHY_UNSET;
 952                 if (handled)
 953                         return;
 954         }
 955 #endif
 956         printf("trap number             = %d\n", type);
 957         if (trap_msg(type) != NULL)
 958                 panic("%s", trap_msg(type));
 959         else
 960                 panic("unknown/reserved trap");
 961 }
 962
 963 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 964 /*
 965  * Invoke a userspace DTrace hook.  The hook pointer is cleared when no
 966  * userspace probes are enabled, so we must synchronize with DTrace to ensure
 967  * that a trapping thread is able to call the hook before it is cleared.
 968  */
 969 static bool
 970 trap_user_dtrace(struct trapframe *frame, int (**hookp)(struct trapframe *))
 971 {
 972         int (*hook)(struct trapframe *);
 973
 974         hook = atomic_load_ptr(hookp);
 975         enable_intr();
 976         if (hook != NULL)
 977                 return ((hook)(frame) == 0);
 978         return (false);
 979 }
 980 #endif
 981
 982 /*
 983  * Double fault handler. Called when a fault occurs while writing
 984  * a frame for a trap/exception onto the stack. This usually occurs
 985  * when the stack overflows (such is the case with infinite recursion,
 986  * for example).
 987  *
 988  * XXX Note that the current PTD gets replaced by IdlePTD when the
 989  * task switch occurs. This means that the stack that was active at
 990  * the time of the double fault is not available at <kstack> unless
 991  * the machine was idle when the double fault occurred. The downside
 992  * of this is that "trace <ebp>" in ddb won't work.
 993  */
 994 void
 995 dblfault_handler(void)
 996 {
 997 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 998         if (dtrace_doubletrap_func != NULL)
 999                 (*dtrace_doubletrap_func)();
1000 #endif
1001         printf("\nFatal double fault:\n");
1002         printf("eip = 0x%x\n", PCPU_GET(common_tssp)->tss_eip);
1003         printf("esp = 0x%x\n", PCPU_GET(common_tssp)->tss_esp);
1004         printf("ebp = 0x%x\n", PCPU_GET(common_tssp)->tss_ebp);
1005 #ifdef SMP
1006         /* two separate prints in case of a trap on an unmapped page */
1007         printf("cpuid = %d; ", PCPU_GET(cpuid));
1008         printf("apic id = %02x\n", PCPU_GET(apic_id));
1009 #endif
1010         panic("double fault");
1011 }
1012
1013 int
1014 cpu_fetch_syscall_args(struct thread *td)
1015 {
1016         struct proc *p;
1017         struct trapframe *frame;
1018         struct syscall_args *sa;
1019         caddr_t params;
1020         long tmp;
1021         int error;
1022 #ifdef COMPAT_43
1023         u_int32_t eip;
1024         int cs;
1025 #endif
1026
1027         p = td->td_proc;
1028         frame = td->td_frame;
1029         sa = &td->td_sa;
1030
1031 #ifdef COMPAT_43
1032         if (__predict_false(frame->tf_cs == 7 && frame->tf_eip == 2)) {
1033                 /*
1034                  * In lcall $7,$0 after int $0x80.  Convert the user
1035                  * frame to what it would be for a direct int 0x80 instead
1036                  * of lcall $7,$0, by popping the lcall return address.
1037                  */
1038                 error = fueword32((void *)frame->tf_esp, &eip);
1039                 if (error == -1)
1040                         return (EFAULT);
1041                 cs = fuword16((void *)(frame->tf_esp + sizeof(u_int32_t)));
1042                 if (cs == -1)
1043                         return (EFAULT);
1044
1045                 /*
1046                  * Unwind in-kernel frame after all stack frame pieces
1047                  * were successfully read.
1048                  */
1049                 frame->tf_eip = eip;
1050                 frame->tf_cs = cs;
1051                 frame->tf_esp += 2 * sizeof(u_int32_t);
1052                 frame->tf_err = 7;      /* size of lcall $7,$0 */
1053         }
1054 #endif
1055
1056         sa->code = frame->tf_eax;
1057         params = (caddr_t)frame->tf_esp + sizeof(uint32_t);
1058
1059         /*
1060          * Need to check if this is a 32 bit or 64 bit syscall.
1061          */
1062         if (sa->code == SYS_syscall) {
1063                 /*
1064                  * Code is first argument, followed by actual args.
1065                  */
1066                 error = fueword(params, &tmp);
1067                 if (error == -1)
1068                         return (EFAULT);
1069                 sa->code = tmp;
1070                 params += sizeof(uint32_t);
1071         } else if (sa->code == SYS___syscall) {
1072                 /*
1073                  * Like syscall, but code is a quad, so as to maintain
1074                  * quad alignment for the rest of the arguments.
1075                  */
1076                 error = fueword(params, &tmp);
1077                 if (error == -1)
1078                         return (EFAULT);
1079                 sa->code = tmp;
1080                 params += sizeof(quad_t);
1081         }
1082
1083         if (sa->code >= p->p_sysent->sv_size)
1084                 sa->callp = &p->p_sysent->sv_table[0];
1085         else
1086                 sa->callp = &p->p_sysent->sv_table[sa->code];
1087
1088         if (params != NULL && sa->callp->sy_narg != 0)
1089                 error = copyin(params, (caddr_t)sa->args,
1090                     (u_int)(sa->callp->sy_narg * sizeof(uint32_t)));
1091         else
1092                 error = 0;
1093
1094         if (error == 0) {
1095                 td->td_retval[0] = 0;
1096                 td->td_retval[1] = frame->tf_edx;
1097         }
1098
1099         return (error);
1100 }
1101
1102 #include "../../kern/subr_syscall.c"
1103
1104 /*
1105  * syscall - system call request C handler.  A system call is
1106  * essentially treated as a trap by reusing the frame layout.
1107  */
1108 void
1109 syscall(struct trapframe *frame)
1110 {
1111         struct thread *td;
1112         register_t orig_tf_eflags;
1113         ksiginfo_t ksi;
1114
1115 #ifdef DIAGNOSTIC
1116         if (!(TRAPF_USERMODE(frame) &&
1117             (curpcb->pcb_flags & PCB_VM86CALL) == 0)) {
1118                 panic("syscall");
1119                 /* NOT REACHED */
1120         }
1121 #endif
1122         orig_tf_eflags = frame->tf_eflags;
1123
1124         td = curthread;
1125         td->td_frame = frame;
1126
1127         syscallenter(td);
1128
1129         /*
1130          * Traced syscall.
1131          */
1132         if ((orig_tf_eflags & PSL_T) && !(orig_tf_eflags & PSL_VM)) {
1133                 frame->tf_eflags &= ~PSL_T;
1134                 ksiginfo_init_trap(&ksi);
1135                 ksi.ksi_signo = SIGTRAP;
1136                 ksi.ksi_code = TRAP_TRACE;
1137                 ksi.ksi_addr = (void *)frame->tf_eip;
1138                 trapsignal(td, &ksi);
1139         }
1140
1141         KASSERT(PCB_USER_FPU(td->td_pcb),
1142             ("System call %s returning with kernel FPU ctx leaked",
1143              syscallname(td->td_proc, td->td_sa.code)));
1144         KASSERT(td->td_pcb->pcb_save == get_pcb_user_save_td(td),
1145             ("System call %s returning with mangled pcb_save",
1146              syscallname(td->td_proc, td->td_sa.code)));
1147
1148         syscallret(td);
1149 }