arch/x86/kernel/fpu/signal.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * FPU signal frame handling routines.
   4  */
   5
   6 #include <linux/compat.h>
   7 #include <linux/cpu.h>
   8 #include <linux/pagemap.h>
   9
  10 #include <asm/fpu/signal.h>
  11 #include <asm/fpu/regset.h>
  12 #include <asm/fpu/xstate.h>
  13
  14 #include <asm/sigframe.h>
  15 #include <asm/trapnr.h>
  16 #include <asm/trace/fpu.h>
  17
  18 #include "context.h"
  19 #include "internal.h"
  20 #include "legacy.h"
  21 #include "xstate.h"
  22
  23 /*
  24  * Check for the presence of extended state information in the
  25  * user fpstate pointer in the sigcontext.
  26  */
  27 static inline bool check_xstate_in_sigframe(struct fxregs_state __user *fxbuf,
  28                                             struct _fpx_sw_bytes *fx_sw)
  29 {
  30         int min_xstate_size = sizeof(struct fxregs_state) +
  31                               sizeof(struct xstate_header);
  32         void __user *fpstate = fxbuf;
  33         unsigned int magic2;
  34
  35         if (__copy_from_user(fx_sw, &fxbuf->sw_reserved[0], sizeof(*fx_sw)))
  36                 return false;
  37
  38         /* Check for the first magic field and other error scenarios. */
  39         if (fx_sw->magic1 != FP_XSTATE_MAGIC1 ||
  40             fx_sw->xstate_size < min_xstate_size ||
  41             fx_sw->xstate_size > current->thread.fpu.fpstate->user_size ||
  42             fx_sw->xstate_size > fx_sw->extended_size)
  43                 goto setfx;
  44
  45         /*
  46          * Check for the presence of second magic word at the end of memory
  47          * layout. This detects the case where the user just copied the legacy
  48          * fpstate layout with out copying the extended state information
  49          * in the memory layout.
  50          */
  51         if (__get_user(magic2, (__u32 __user *)(fpstate + fx_sw->xstate_size)))
  52                 return false;
  53
  54         if (likely(magic2 == FP_XSTATE_MAGIC2))
  55                 return true;
  56 setfx:
  57         trace_x86_fpu_xstate_check_failed(&current->thread.fpu);
  58
  59         /* Set the parameters for fx only state */
  60         fx_sw->magic1 = 0;
  61         fx_sw->xstate_size = sizeof(struct fxregs_state);
  62         fx_sw->xfeatures = XFEATURE_MASK_FPSSE;
  63         return true;
  64 }
  65
  66 /*
  67  * Signal frame handlers.
  68  */
  69 static inline bool save_fsave_header(struct task_struct *tsk, void __user *buf)
  70 {
  71         if (use_fxsr()) {
  72                 struct xregs_state *xsave = &tsk->thread.fpu.fpstate->regs.xsave;
  73                 struct user_i387_ia32_struct env;
  74                 struct _fpstate_32 __user *fp = buf;
  75
  76                 fpregs_lock();
  77                 if (!test_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD))
  78                         fxsave(&tsk->thread.fpu.fpstate->regs.fxsave);
  79                 fpregs_unlock();
  80
  81                 convert_from_fxsr(&env, tsk);
  82
  83                 if (__copy_to_user(buf, &env, sizeof(env)) ||
  84                     __put_user(xsave->i387.swd, &fp->status) ||
  85                     __put_user(X86_FXSR_MAGIC, &fp->magic))
  86                         return false;
  87         } else {
  88                 struct fregs_state __user *fp = buf;
  89                 u32 swd;
  90
  91                 if (__get_user(swd, &fp->swd) || __put_user(swd, &fp->status))
  92                         return false;
  93         }
  94
  95         return true;
  96 }
  97
  98 /*
  99  * Prepare the SW reserved portion of the fxsave memory layout, indicating
 100  * the presence of the extended state information in the memory layout
 101  * pointed to by the fpstate pointer in the sigcontext.
 102  * This is saved when ever the FP and extended state context is
 103  * saved on the user stack during the signal handler delivery to the user.
 104  */
 105 static inline void save_sw_bytes(struct _fpx_sw_bytes *sw_bytes, bool ia32_frame,
 106                                  struct fpstate *fpstate)
 107 {
 108         sw_bytes->magic1 = FP_XSTATE_MAGIC1;
 109         sw_bytes->extended_size = fpstate->user_size + FP_XSTATE_MAGIC2_SIZE;
 110         sw_bytes->xfeatures = fpstate->user_xfeatures;
 111         sw_bytes->xstate_size = fpstate->user_size;
 112
 113         if (ia32_frame)
 114                 sw_bytes->extended_size += sizeof(struct fregs_state);
 115 }
 116
 117 static inline bool save_xstate_epilog(void __user *buf, int ia32_frame,
 118                                       struct fpstate *fpstate)
 119 {
 120         struct xregs_state __user *x = buf;
 121         struct _fpx_sw_bytes sw_bytes = {};
 122         u32 xfeatures;
 123         int err;
 124
 125         /* Setup the bytes not touched by the [f]xsave and reserved for SW. */
 126         save_sw_bytes(&sw_bytes, ia32_frame, fpstate);
 127         err = __copy_to_user(&x->i387.sw_reserved, &sw_bytes, sizeof(sw_bytes));
 128
 129         if (!use_xsave())
 130                 return !err;
 131
 132         err |= __put_user(FP_XSTATE_MAGIC2,
 133                           (__u32 __user *)(buf + fpstate->user_size));
 134
 135         /*
 136          * Read the xfeatures which we copied (directly from the cpu or
 137          * from the state in task struct) to the user buffers.
 138          */
 139         err |= __get_user(xfeatures, (__u32 __user *)&x->header.xfeatures);
 140
 141         /*
 142          * For legacy compatible, we always set FP/SSE bits in the bit
 143          * vector while saving the state to the user context. This will
 144          * enable us capturing any changes(during sigreturn) to
 145          * the FP/SSE bits by the legacy applications which don't touch
 146          * xfeatures in the xsave header.
 147          *
 148          * xsave aware apps can change the xfeatures in the xsave
 149          * header as well as change any contents in the memory layout.
 150          * xrestore as part of sigreturn will capture all the changes.
 151          */
 152         xfeatures |= XFEATURE_MASK_FPSSE;
 153
 154         err |= __put_user(xfeatures, (__u32 __user *)&x->header.xfeatures);
 155
 156         return !err;
 157 }
 158
 159 static inline int copy_fpregs_to_sigframe(struct xregs_state __user *buf)
 160 {
 161         if (use_xsave())
 162                 return xsave_to_user_sigframe(buf);
 163         if (use_fxsr())
 164                 return fxsave_to_user_sigframe((struct fxregs_state __user *) buf);
 165         else
 166                 return fnsave_to_user_sigframe((struct fregs_state __user *) buf);
 167 }
 168
 169 /*
 170  * Save the fpu, extended register state to the user signal frame.
 171  *
 172  * 'buf_fx' is the 64-byte aligned pointer at which the [f|fx|x]save
 173  *  state is copied.
 174  *  'buf' points to the 'buf_fx' or to the fsave header followed by 'buf_fx'.
 175  *
 176  *      buf == buf_fx for 64-bit frames and 32-bit fsave frame.
 177  *      buf != buf_fx for 32-bit frames with fxstate.
 178  *
 179  * Save it directly to the user frame with disabled page fault handler. If
 180  * that faults, try to clear the frame which handles the page fault.
 181  *
 182  * If this is a 32-bit frame with fxstate, put a fsave header before
 183  * the aligned state at 'buf_fx'.
 184  *
 185  * For [f]xsave state, update the SW reserved fields in the [f]xsave frame
 186  * indicating the absence/presence of the extended state to the user.
 187  */
 188 bool copy_fpstate_to_sigframe(void __user *buf, void __user *buf_fx, int size)
 189 {
 190         struct task_struct *tsk = current;
 191         struct fpstate *fpstate = tsk->thread.fpu.fpstate;
 192         bool ia32_fxstate = (buf != buf_fx);
 193         int ret;
 194
 195         ia32_fxstate &= (IS_ENABLED(CONFIG_X86_32) ||
 196                          IS_ENABLED(CONFIG_IA32_EMULATION));
 197
 198         if (!static_cpu_has(X86_FEATURE_FPU)) {
 199                 struct user_i387_ia32_struct fp;
 200
 201                 fpregs_soft_get(current, NULL, (struct membuf){.p = &fp,
 202                                                 .left = sizeof(fp)});
 203                 return !copy_to_user(buf, &fp, sizeof(fp));
 204         }
 205
 206         if (!access_ok(buf, size))
 207                 return false;
 208
 209         if (use_xsave()) {
 210                 struct xregs_state __user *xbuf = buf_fx;
 211
 212                 /*
 213                  * Clear the xsave header first, so that reserved fields are
 214                  * initialized to zero.
 215                  */
 216                 if (__clear_user(&xbuf->header, sizeof(xbuf->header)))
 217                         return false;
 218         }
 219 retry:
 220         /*
 221          * Load the FPU registers if they are not valid for the current task.
 222          * With a valid FPU state we can attempt to save the state directly to
 223          * userland's stack frame which will likely succeed. If it does not,
 224          * resolve the fault in the user memory and try again.
 225          */
 226         fpregs_lock();
 227         if (test_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD))
 228                 fpregs_restore_userregs();
 229
 230         pagefault_disable();
 231         ret = copy_fpregs_to_sigframe(buf_fx);
 232         pagefault_enable();
 233         fpregs_unlock();
 234
 235         if (ret) {
 236                 if (!__clear_user(buf_fx, fpstate->user_size))
 237                         goto retry;
 238                 return false;
 239         }
 240
 241         /* Save the fsave header for the 32-bit frames. */
 242         if ((ia32_fxstate || !use_fxsr()) && !save_fsave_header(tsk, buf))
 243                 return false;
 244
 245         if (use_fxsr() && !save_xstate_epilog(buf_fx, ia32_fxstate, fpstate))
 246                 return false;
 247
 248         return true;
 249 }
 250
 251 static int __restore_fpregs_from_user(void __user *buf, u64 ufeatures,
 252                                       u64 xrestore, bool fx_only)
 253 {
 254         if (use_xsave()) {
 255                 u64 init_bv = ufeatures & ~xrestore;
 256                 int ret;
 257
 258                 if (likely(!fx_only))
 259                         ret = xrstor_from_user_sigframe(buf, xrestore);
 260                 else
 261                         ret = fxrstor_from_user_sigframe(buf);
 262
 263                 if (!ret && unlikely(init_bv))
 264                         os_xrstor(&init_fpstate, init_bv);
 265                 return ret;
 266         } else if (use_fxsr()) {
 267                 return fxrstor_from_user_sigframe(buf);
 268         } else {
 269                 return frstor_from_user_sigframe(buf);
 270         }
 271 }
 272
 273 /*
 274  * Attempt to restore the FPU registers directly from user memory.
 275  * Pagefaults are handled and any errors returned are fatal.
 276  */
 277 static bool restore_fpregs_from_user(void __user *buf, u64 xrestore,
 278                                      bool fx_only, unsigned int size)
 279 {
 280         struct fpu *fpu = &current->thread.fpu;
 281         int ret;
 282
 283 retry:
 284         fpregs_lock();
 285         /* Ensure that XFD is up to date */
 286         xfd_update_state(fpu->fpstate);
 287         pagefault_disable();
 288         ret = __restore_fpregs_from_user(buf, fpu->fpstate->user_xfeatures,
 289                                          xrestore, fx_only);
 290         pagefault_enable();
 291
 292         if (unlikely(ret)) {
 293                 /*
 294                  * The above did an FPU restore operation, restricted to
 295                  * the user portion of the registers, and failed, but the
 296                  * microcode might have modified the FPU registers
 297                  * nevertheless.
 298                  *
 299                  * If the FPU registers do not belong to current, then
 300                  * invalidate the FPU register state otherwise the task
 301                  * might preempt current and return to user space with
 302                  * corrupted FPU registers.
 303                  */
 304                 if (test_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD))
 305                         __cpu_invalidate_fpregs_state();
 306                 fpregs_unlock();
 307
 308                 /* Try to handle #PF, but anything else is fatal. */
 309                 if (ret != X86_TRAP_PF)
 310                         return false;
 311
 312                 if (!fault_in_readable(buf, size))
 313                         goto retry;
 314                 return false;
 315         }
 316
 317         /*
 318          * Restore supervisor states: previous context switch etc has done
 319          * XSAVES and saved the supervisor states in the kernel buffer from
 320          * which they can be restored now.
 321          *
 322          * It would be optimal to handle this with a single XRSTORS, but
 323          * this does not work because the rest of the FPU registers have
 324          * been restored from a user buffer directly.
 325          */
 326         if (test_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD) && xfeatures_mask_supervisor())
 327                 os_xrstor_supervisor(fpu->fpstate);
 328
 329         fpregs_mark_activate();
 330         fpregs_unlock();
 331         return true;
 332 }
 333
 334 static bool __fpu_restore_sig(void __user *buf, void __user *buf_fx,
 335                               bool ia32_fxstate)
 336 {
 337         struct task_struct *tsk = current;
 338         struct fpu *fpu = &tsk->thread.fpu;
 339         struct user_i387_ia32_struct env;
 340         bool success, fx_only = false;
 341         union fpregs_state *fpregs;
 342         unsigned int state_size;
 343         u64 user_xfeatures = 0;
 344
 345         if (use_xsave()) {
 346                 struct _fpx_sw_bytes fx_sw_user;
 347
 348                 if (!check_xstate_in_sigframe(buf_fx, &fx_sw_user))
 349                         return false;
 350
 351                 fx_only = !fx_sw_user.magic1;
 352                 state_size = fx_sw_user.xstate_size;
 353                 user_xfeatures = fx_sw_user.xfeatures;
 354         } else {
 355                 user_xfeatures = XFEATURE_MASK_FPSSE;
 356                 state_size = fpu->fpstate->user_size;
 357         }
 358
 359         if (likely(!ia32_fxstate)) {
 360                 /* Restore the FPU registers directly from user memory. */
 361                 return restore_fpregs_from_user(buf_fx, user_xfeatures, fx_only,
 362                                                 state_size);
 363         }
 364
 365         /*
 366          * Copy the legacy state because the FP portion of the FX frame has
 367          * to be ignored for histerical raisins. The legacy state is folded
 368          * in once the larger state has been copied.
 369          */
 370         if (__copy_from_user(&env, buf, sizeof(env)))
 371                 return false;
 372
 373         /*
 374          * By setting TIF_NEED_FPU_LOAD it is ensured that our xstate is
 375          * not modified on context switch and that the xstate is considered
 376          * to be loaded again on return to userland (overriding last_cpu avoids
 377          * the optimisation).
 378          */
 379         fpregs_lock();
 380         if (!test_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD)) {
 381                 /*
 382                  * If supervisor states are available then save the
 383                  * hardware state in current's fpstate so that the
 384                  * supervisor state is preserved. Save the full state for
 385                  * simplicity. There is no point in optimizing this by only
 386                  * saving the supervisor states and then shuffle them to
 387                  * the right place in memory. It's ia32 mode. Shrug.
 388                  */
 389                 if (xfeatures_mask_supervisor())
 390                         os_xsave(fpu->fpstate);
 391                 set_thread_flag(TIF_NEED_FPU_LOAD);
 392         }
 393         __fpu_invalidate_fpregs_state(fpu);
 394         __cpu_invalidate_fpregs_state();
 395         fpregs_unlock();
 396
 397         fpregs = &fpu->fpstate->regs;
 398         if (use_xsave() && !fx_only) {
 399                 if (copy_sigframe_from_user_to_xstate(tsk, buf_fx))
 400                         return false;
 401         } else {
 402                 if (__copy_from_user(&fpregs->fxsave, buf_fx,
 403                                      sizeof(fpregs->fxsave)))
 404                         return false;
 405
 406                 if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_64)) {
 407                         /* Reject invalid MXCSR values. */
 408                         if (fpregs->fxsave.mxcsr & ~mxcsr_feature_mask)
 409                                 return false;
 410                 } else {
 411                         /* Mask invalid bits out for historical reasons (broken hardware). */
 412                         fpregs->fxsave.mxcsr &= mxcsr_feature_mask;
 413                 }
 414
 415                 /* Enforce XFEATURE_MASK_FPSSE when XSAVE is enabled */
 416                 if (use_xsave())
 417                         fpregs->xsave.header.xfeatures |= XFEATURE_MASK_FPSSE;
 418         }
 419
 420         /* Fold the legacy FP storage */
 421         convert_to_fxsr(&fpregs->fxsave, &env);
 422
 423         fpregs_lock();
 424         if (use_xsave()) {
 425                 /*
 426                  * Remove all UABI feature bits not set in user_xfeatures
 427                  * from the memory xstate header which makes the full
 428                  * restore below bring them into init state. This works for
 429                  * fx_only mode as well because that has only FP and SSE
 430                  * set in user_xfeatures.
 431                  *
 432                  * Preserve supervisor states!
 433                  */
 434                 u64 mask = user_xfeatures | xfeatures_mask_supervisor();
 435
 436                 fpregs->xsave.header.xfeatures &= mask;
 437                 success = !os_xrstor_safe(fpu->fpstate,
 438                                           fpu_kernel_cfg.max_features);
 439         } else {
 440                 success = !fxrstor_safe(&fpregs->fxsave);
 441         }
 442
 443         if (likely(success))
 444                 fpregs_mark_activate();
 445
 446         fpregs_unlock();
 447         return success;
 448 }
 449
 450 static inline unsigned int xstate_sigframe_size(struct fpstate *fpstate)
 451 {
 452         unsigned int size = fpstate->user_size;
 453
 454         return use_xsave() ? size + FP_XSTATE_MAGIC2_SIZE : size;
 455 }
 456
 457 /*
 458  * Restore FPU state from a sigframe:
 459  */
 460 bool fpu__restore_sig(void __user *buf, int ia32_frame)
 461 {
 462         struct fpu *fpu = &current->thread.fpu;
 463         void __user *buf_fx = buf;
 464         bool ia32_fxstate = false;
 465         bool success = false;
 466         unsigned int size;
 467
 468         if (unlikely(!buf)) {
 469                 fpu__clear_user_states(fpu);
 470                 return true;
 471         }
 472
 473         size = xstate_sigframe_size(fpu->fpstate);
 474
 475         ia32_frame &= (IS_ENABLED(CONFIG_X86_32) ||
 476                        IS_ENABLED(CONFIG_IA32_EMULATION));
 477
 478         /*
 479          * Only FXSR enabled systems need the FX state quirk.
 480          * FRSTOR does not need it and can use the fast path.
 481          */
 482         if (ia32_frame && use_fxsr()) {
 483                 buf_fx = buf + sizeof(struct fregs_state);
 484                 size += sizeof(struct fregs_state);
 485                 ia32_fxstate = true;
 486         }
 487
 488         if (!access_ok(buf, size))
 489                 goto out;
 490
 491         if (!IS_ENABLED(CONFIG_X86_64) && !cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_FPU)) {
 492                 success = !fpregs_soft_set(current, NULL, 0,
 493                                            sizeof(struct user_i387_ia32_struct),
 494                                            NULL, buf);
 495         } else {
 496                 success = __fpu_restore_sig(buf, buf_fx, ia32_fxstate);
 497         }
 498
 499 out:
 500         if (unlikely(!success))
 501                 fpu__clear_user_states(fpu);
 502         return success;
 503 }
 504
 505 unsigned long
 506 fpu__alloc_mathframe(unsigned long sp, int ia32_frame,
 507                      unsigned long *buf_fx, unsigned long *size)
 508 {
 509         unsigned long frame_size = xstate_sigframe_size(current->thread.fpu.fpstate);
 510
 511         *buf_fx = sp = round_down(sp - frame_size, 64);
 512         if (ia32_frame && use_fxsr()) {
 513                 frame_size += sizeof(struct fregs_state);
 514                 sp -= sizeof(struct fregs_state);
 515         }
 516
 517         *size = frame_size;
 518
 519         return sp;
 520 }
 521
 522 unsigned long __init fpu__get_fpstate_size(void)
 523 {
 524         unsigned long ret = fpu_user_cfg.max_size;
 525
 526         if (use_xsave())
 527                 ret += FP_XSTATE_MAGIC2_SIZE;
 528
 529         /*
 530          * This space is needed on (most) 32-bit kernels, or when a 32-bit
 531          * app is running on a 64-bit kernel. To keep things simple, just
 532          * assume the worst case and always include space for 'freg_state',
 533          * even for 64-bit apps on 64-bit kernels. This wastes a bit of
 534          * space, but keeps the code simple.
 535          */
 536         if ((IS_ENABLED(CONFIG_IA32_EMULATION) ||
 537              IS_ENABLED(CONFIG_X86_32)) && use_fxsr())
 538                 ret += sizeof(struct fregs_state);
 539
 540         return ret;
 541 }
 542