Branch data Line data Source code
1 : : // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 : : /*
3 : : * Copyright (C) 1994 Linus Torvalds
4 : : *
5 : : * Pentium III FXSR, SSE support
6 : : * General FPU state handling cleanups
7 : : * Gareth Hughes <gareth@valinux.com>, May 2000
8 : : */
9 : : #include <asm/fpu/internal.h>
10 : : #include <asm/fpu/regset.h>
11 : : #include <asm/fpu/signal.h>
12 : : #include <asm/fpu/types.h>
13 : : #include <asm/traps.h>
14 : : #include <asm/irq_regs.h>
15 : :
16 : : #include <linux/hardirq.h>
17 : : #include <linux/pkeys.h>
18 : :
19 : : #define CREATE_TRACE_POINTS
20 : : #include <asm/trace/fpu.h>
21 : :
22 : : /*
23 : : * Represents the initial FPU state. It's mostly (but not completely) zeroes,
24 : : * depending on the FPU hardware format:
25 : : */
26 : : union fpregs_state init_fpstate __read_mostly;
27 : :
28 : : /*
29 : : * Track whether the kernel is using the FPU state
30 : : * currently.
31 : : *
32 : : * This flag is used:
33 : : *
34 : : * - by IRQ context code to potentially use the FPU
35 : : * if it's unused.
36 : : *
37 : : * - to debug kernel_fpu_begin()/end() correctness
38 : : */
39 : : static DEFINE_PER_CPU(bool, in_kernel_fpu);
40 : :
41 : : /*
42 : : * Track which context is using the FPU on the CPU:
43 : : */
44 : : DEFINE_PER_CPU(struct fpu *, fpu_fpregs_owner_ctx);
45 : :
46 : 0 : static bool kernel_fpu_disabled(void)
47 : : {
48 : 0 : return this_cpu_read(in_kernel_fpu);
49 : : }
50 : :
51 : 0 : static bool interrupted_kernel_fpu_idle(void)
52 : : {
53 : 0 : return !kernel_fpu_disabled();
54 : : }
55 : :
56 : : /*
57 : : * Were we in user mode (or vm86 mode) when we were
58 : : * interrupted?
59 : : *
60 : : * Doing kernel_fpu_begin/end() is ok if we are running
61 : : * in an interrupt context from user mode - we'll just
62 : : * save the FPU state as required.
63 : : */
64 : 0 : static bool interrupted_user_mode(void)
65 : : {
66 [ # # # # ]: 0 : struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
67 [ # # # # : 0 : return regs && user_mode(regs);
# # # # ]
68 : : }
69 : :
70 : : /*
71 : : * Can we use the FPU in kernel mode with the
72 : : * whole "kernel_fpu_begin/end()" sequence?
73 : : *
74 : : * It's always ok in process context (ie "not interrupt")
75 : : * but it is sometimes ok even from an irq.
76 : : */
77 : 0 : bool irq_fpu_usable(void)
78 : : {
79 [ # # # # : 0 : return !in_interrupt() ||
# # ]
80 [ # # # # : 0 : interrupted_user_mode() ||
# # # # ]
81 : : interrupted_kernel_fpu_idle();
82 : : }
83 : : EXPORT_SYMBOL(irq_fpu_usable);
84 : :
85 : 0 : void kernel_fpu_begin(void)
86 : : {
87 : 0 : preempt_disable();
88 : :
89 [ # # # # ]: 0 : WARN_ON_FPU(!irq_fpu_usable());
90 [ # # ]: 0 : WARN_ON_FPU(this_cpu_read(in_kernel_fpu));
91 : :
92 : 0 : this_cpu_write(in_kernel_fpu, true);
93 : :
94 [ # # # # ]: 0 : if (!(current->flags & PF_KTHREAD) &&
95 : : !test_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD)) {
96 : 0 : set_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD);
97 : : /*
98 : : * Ignore return value -- we don't care if reg state
99 : : * is clobbered.
100 : : */
101 : 0 : copy_fpregs_to_fpstate(¤t->thread.fpu);
102 : : }
103 : 0 : __cpu_invalidate_fpregs_state();
104 : 0 : }
105 : : EXPORT_SYMBOL_GPL(kernel_fpu_begin);
106 : :
107 : 0 : void kernel_fpu_end(void)
108 : : {
109 [ # # ]: 0 : WARN_ON_FPU(!this_cpu_read(in_kernel_fpu));
110 : :
111 : 0 : this_cpu_write(in_kernel_fpu, false);
112 : 0 : preempt_enable();
113 : 0 : }
114 : : EXPORT_SYMBOL_GPL(kernel_fpu_end);
115 : :
116 : : /*
117 : : * Save the FPU state (mark it for reload if necessary):
118 : : *
119 : : * This only ever gets called for the current task.
120 : : */
121 : 0 : void fpu__save(struct fpu *fpu)
122 : : {
123 [ # # ]: 0 : WARN_ON_FPU(fpu != ¤t->thread.fpu);
124 : :
125 : 0 : fpregs_lock();
126 : 0 : trace_x86_fpu_before_save(fpu);
127 : :
128 [ # # ]: 0 : if (!test_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD)) {
129 [ # # ]: 0 : if (!copy_fpregs_to_fpstate(fpu)) {
130 : 0 : copy_kernel_to_fpregs(&fpu->state);
131 : : }
132 : : }
133 : :
134 : 0 : trace_x86_fpu_after_save(fpu);
135 : 0 : fpregs_unlock();
136 : 0 : }
137 : :
138 : : /*
139 : : * Legacy x87 fpstate state init:
140 : : */
141 : : static inline void fpstate_init_fstate(struct fregs_state *fp)
142 : : {
143 : : fp->cwd = 0xffff037fu;
144 : : fp->swd = 0xffff0000u;
145 : : fp->twd = 0xffffffffu;
146 : : fp->fos = 0xffff0000u;
147 : : }
148 : :
149 : 81906 : void fpstate_init(union fpregs_state *state)
150 : : {
151 : 81906 : if (!static_cpu_has(X86_FEATURE_FPU)) {
152 : : fpstate_init_soft(&state->soft);
153 : : return;
154 : : }
155 : :
156 : 81906 : memset(state, 0, fpu_kernel_xstate_size);
157 : :
158 [ - - + ]: 81906 : if (static_cpu_has(X86_FEATURE_XSAVES))
159 : 0 : fpstate_init_xstate(&state->xsave);
160 : 81906 : if (static_cpu_has(X86_FEATURE_FXSR))
161 : 81906 : fpstate_init_fxstate(&state->fxsave);
162 : : else
163 : : fpstate_init_fstate(&state->fsave);
164 : : }
165 : : EXPORT_SYMBOL_GPL(fpstate_init);
166 : :
167 : 56903 : int fpu__copy(struct task_struct *dst, struct task_struct *src)
168 : : {
169 : 56903 : struct fpu *dst_fpu = &dst->thread.fpu;
170 : 56903 : struct fpu *src_fpu = &src->thread.fpu;
171 : :
172 : 56903 : dst_fpu->last_cpu = -1;
173 : :
174 : 56903 : if (!static_cpu_has(X86_FEATURE_FPU))
175 : : return 0;
176 : :
177 [ - + ]: 56903 : WARN_ON_FPU(src_fpu != ¤t->thread.fpu);
178 : :
179 : : /*
180 : : * Don't let 'init optimized' areas of the XSAVE area
181 : : * leak into the child task:
182 : : */
183 : 56903 : memset(&dst_fpu->state.xsave, 0, fpu_kernel_xstate_size);
184 : :
185 : : /*
186 : : * If the FPU registers are not current just memcpy() the state.
187 : : * Otherwise save current FPU registers directly into the child's FPU
188 : : * context, without any memory-to-memory copying.
189 : : *
190 : : * ( The function 'fails' in the FNSAVE case, which destroys
191 : : * register contents so we have to load them back. )
192 : : */
193 : 56903 : fpregs_lock();
194 [ + + ]: 56903 : if (test_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD))
195 : 1147 : memcpy(&dst_fpu->state, &src_fpu->state, fpu_kernel_xstate_size);
196 : :
197 [ - + ]: 55756 : else if (!copy_fpregs_to_fpstate(dst_fpu))
198 : 0 : copy_kernel_to_fpregs(&dst_fpu->state);
199 : :
200 : 56903 : fpregs_unlock();
201 : :
202 : 56903 : set_tsk_thread_flag(dst, TIF_NEED_FPU_LOAD);
203 : :
204 : 56903 : trace_x86_fpu_copy_src(src_fpu);
205 : 56903 : trace_x86_fpu_copy_dst(dst_fpu);
206 : :
207 : 56903 : return 0;
208 : : }
209 : :
210 : : /*
211 : : * Activate the current task's in-memory FPU context,
212 : : * if it has not been used before:
213 : : */
214 : 81895 : static void fpu__initialize(struct fpu *fpu)
215 : : {
216 [ - + ]: 81895 : WARN_ON_FPU(fpu != ¤t->thread.fpu);
217 : :
218 : 81895 : set_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD);
219 : 81895 : fpstate_init(&fpu->state);
220 : 81895 : trace_x86_fpu_init_state(fpu);
221 : 81895 : }
222 : :
223 : : /*
224 : : * This function must be called before we read a task's fpstate.
225 : : *
226 : : * There's two cases where this gets called:
227 : : *
228 : : * - for the current task (when coredumping), in which case we have
229 : : * to save the latest FPU registers into the fpstate,
230 : : *
231 : : * - or it's called for stopped tasks (ptrace), in which case the
232 : : * registers were already saved by the context-switch code when
233 : : * the task scheduled out.
234 : : *
235 : : * If the task has used the FPU before then save it.
236 : : */
237 : 0 : void fpu__prepare_read(struct fpu *fpu)
238 : : {
239 [ # # ]: 0 : if (fpu == ¤t->thread.fpu)
240 : 0 : fpu__save(fpu);
241 : 0 : }
242 : :
243 : : /*
244 : : * This function must be called before we write a task's fpstate.
245 : : *
246 : : * Invalidate any cached FPU registers.
247 : : *
248 : : * After this function call, after registers in the fpstate are
249 : : * modified and the child task has woken up, the child task will
250 : : * restore the modified FPU state from the modified context. If we
251 : : * didn't clear its cached status here then the cached in-registers
252 : : * state pending on its former CPU could be restored, corrupting
253 : : * the modifications.
254 : : */
255 : 0 : void fpu__prepare_write(struct fpu *fpu)
256 : : {
257 : : /*
258 : : * Only stopped child tasks can be used to modify the FPU
259 : : * state in the fpstate buffer:
260 : : */
261 [ # # ]: 0 : WARN_ON_FPU(fpu == ¤t->thread.fpu);
262 : :
263 : : /* Invalidate any cached state: */
264 : 0 : __fpu_invalidate_fpregs_state(fpu);
265 : 0 : }
266 : :
267 : : /*
268 : : * Drops current FPU state: deactivates the fpregs and
269 : : * the fpstate. NOTE: it still leaves previous contents
270 : : * in the fpregs in the eager-FPU case.
271 : : *
272 : : * This function can be used in cases where we know that
273 : : * a state-restore is coming: either an explicit one,
274 : : * or a reschedule.
275 : : */
276 : 137995 : void fpu__drop(struct fpu *fpu)
277 : : {
278 : 137995 : preempt_disable();
279 : :
280 [ + - ]: 137995 : if (fpu == ¤t->thread.fpu) {
281 : : /* Ignore delayed exceptions from user space */
282 : 137995 : asm volatile("1: fwait\n"
283 : : "2:\n"
284 : : _ASM_EXTABLE(1b, 2b));
285 : 137995 : fpregs_deactivate(fpu);
286 : : }
287 : :
288 : 137995 : trace_x86_fpu_dropped(fpu);
289 : :
290 : 137995 : preempt_enable();
291 : 137995 : }
292 : :
293 : : /*
294 : : * Clear FPU registers by setting them up from
295 : : * the init fpstate:
296 : : */
297 : 81895 : static inline void copy_init_fpstate_to_fpregs(void)
298 : : {
299 : 81895 : fpregs_lock();
300 : :
301 [ - + - ]: 81895 : if (use_xsave())
302 : 0 : copy_kernel_to_xregs(&init_fpstate.xsave, -1);
303 : 81895 : else if (static_cpu_has(X86_FEATURE_FXSR))
304 : 81895 : copy_kernel_to_fxregs(&init_fpstate.fxsave);
305 : : else
306 : : copy_kernel_to_fregs(&init_fpstate.fsave);
307 : :
308 [ - + ]: 81895 : if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_OSPKE))
309 : 0 : copy_init_pkru_to_fpregs();
310 : :
311 : 81895 : fpregs_mark_activate();
312 : 81895 : fpregs_unlock();
313 : 81895 : }
314 : :
315 : : /*
316 : : * Clear the FPU state back to init state.
317 : : *
318 : : * Called by sys_execve(), by the signal handler code and by various
319 : : * error paths.
320 : : */
321 : 81895 : void fpu__clear(struct fpu *fpu)
322 : : {
323 [ - + ]: 81895 : WARN_ON_FPU(fpu != ¤t->thread.fpu); /* Almost certainly an anomaly */
324 : :
325 : 81895 : fpu__drop(fpu);
326 : :
327 : : /*
328 : : * Make sure fpstate is cleared and initialized.
329 : : */
330 : 81895 : fpu__initialize(fpu);
331 : 81895 : if (static_cpu_has(X86_FEATURE_FPU))
332 : 81895 : copy_init_fpstate_to_fpregs();
333 : 81895 : }
334 : :
335 : : /*
336 : : * Load FPU context before returning to userspace.
337 : : */
338 : 136438 : void switch_fpu_return(void)
339 : : {
340 : 136438 : if (!static_cpu_has(X86_FEATURE_FPU))
341 : : return;
342 : :
343 : 136438 : __fpregs_load_activate();
344 : : }
345 : : EXPORT_SYMBOL_GPL(switch_fpu_return);
346 : :
347 : : #ifdef CONFIG_X86_DEBUG_FPU
348 : : /*
349 : : * If current FPU state according to its tracking (loaded FPU context on this
350 : : * CPU) is not valid then we must have TIF_NEED_FPU_LOAD set so the context is
351 : : * loaded on return to userland.
352 : : */
353 : 11493480 : void fpregs_assert_state_consistent(void)
354 : : {
355 : 11493480 : struct fpu *fpu = ¤t->thread.fpu;
356 : :
357 [ + + ]: 11493480 : if (test_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD))
358 : : return;
359 : :
360 [ - + ]: 22714090 : WARN_ON_FPU(!fpregs_state_valid(fpu, smp_processor_id()));
361 : : }
362 : : EXPORT_SYMBOL_GPL(fpregs_assert_state_consistent);
363 : : #endif
364 : :
365 : 108152 : void fpregs_mark_activate(void)
366 : : {
367 : 108152 : struct fpu *fpu = ¤t->thread.fpu;
368 : :
369 : 108152 : fpregs_activate(fpu);
370 : 108152 : fpu->last_cpu = smp_processor_id();
371 : 108152 : clear_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD);
372 : 108152 : }
373 : : EXPORT_SYMBOL_GPL(fpregs_mark_activate);
374 : :
375 : : /*
376 : : * x87 math exception handling:
377 : : */
378 : :
379 : 0 : int fpu__exception_code(struct fpu *fpu, int trap_nr)
380 : : {
381 : 0 : int err;
382 : :
383 [ # # ]: 0 : if (trap_nr == X86_TRAP_MF) {
384 : 0 : unsigned short cwd, swd;
385 : : /*
386 : : * (~cwd & swd) will mask out exceptions that are not set to unmasked
387 : : * status. 0x3f is the exception bits in these regs, 0x200 is the
388 : : * C1 reg you need in case of a stack fault, 0x040 is the stack
389 : : * fault bit. We should only be taking one exception at a time,
390 : : * so if this combination doesn't produce any single exception,
391 : : * then we have a bad program that isn't synchronizing its FPU usage
392 : : * and it will suffer the consequences since we won't be able to
393 : : * fully reproduce the context of the exception.
394 : : */
395 : 0 : if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_FXSR)) {
396 : 0 : cwd = fpu->state.fxsave.cwd;
397 : 0 : swd = fpu->state.fxsave.swd;
398 : : } else {
399 : : cwd = (unsigned short)fpu->state.fsave.cwd;
400 : : swd = (unsigned short)fpu->state.fsave.swd;
401 : : }
402 : :
403 : 0 : err = swd & ~cwd;
404 : : } else {
405 : : /*
406 : : * The SIMD FPU exceptions are handled a little differently, as there
407 : : * is only a single status/control register. Thus, to determine which
408 : : * unmasked exception was caught we must mask the exception mask bits
409 : : * at 0x1f80, and then use these to mask the exception bits at 0x3f.
410 : : */
411 : 0 : unsigned short mxcsr = MXCSR_DEFAULT;
412 : :
413 : 0 : if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_XMM))
414 : 0 : mxcsr = fpu->state.fxsave.mxcsr;
415 : :
416 : 0 : err = ~(mxcsr >> 7) & mxcsr;
417 : : }
418 : :
419 [ # # ]: 0 : if (err & 0x001) { /* Invalid op */
420 : : /*
421 : : * swd & 0x240 == 0x040: Stack Underflow
422 : : * swd & 0x240 == 0x240: Stack Overflow
423 : : * User must clear the SF bit (0x40) if set
424 : : */
425 : : return FPE_FLTINV;
426 [ # # ]: 0 : } else if (err & 0x004) { /* Divide by Zero */
427 : : return FPE_FLTDIV;
428 [ # # ]: 0 : } else if (err & 0x008) { /* Overflow */
429 : : return FPE_FLTOVF;
430 [ # # ]: 0 : } else if (err & 0x012) { /* Denormal, Underflow */
431 : : return FPE_FLTUND;
432 [ # # ]: 0 : } else if (err & 0x020) { /* Precision */
433 : 0 : return FPE_FLTRES;
434 : : }
435 : :
436 : : /*
437 : : * If we're using IRQ 13, or supposedly even some trap
438 : : * X86_TRAP_MF implementations, it's possible
439 : : * we get a spurious trap, which is not an error.
440 : : */
441 : : return 0;
442 : : }
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