kernel/printk/printk_safe.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
   2 /*
   3  * printk_safe.c - Safe printk for printk-deadlock-prone contexts
   4  */
   5
   6 #include <linux/preempt.h>
   7 #include <linux/spinlock.h>
   8 #include <linux/debug_locks.h>
   9 #include <linux/kdb.h>
  10 #include <linux/smp.h>
  11 #include <linux/cpumask.h>
  12 #include <linux/irq_work.h>
  13 #include <linux/printk.h>
  14 #include <linux/kprobes.h>
  15
  16 #include "internal.h"
  17
  18 /*
  19  * In NMI and safe mode, printk() avoids taking locks. Instead,
  20  * it uses an alternative implementation that temporary stores
  21  * the strings into a per-CPU buffer. The content of the buffer
  22  * is later flushed into the main ring buffer via IRQ work.
  23  *
  24  * The alternative implementation is chosen transparently
  25  * by examining current printk() context mask stored in @printk_context
  26  * per-CPU variable.
  27  *
  28  * The implementation allows to flush the strings also from another CPU.
  29  * There are situations when we want to make sure that all buffers
  30  * were handled or when IRQs are blocked.
  31  */
  32
  33 #define SAFE_LOG_BUF_LEN ((1 << CONFIG_PRINTK_SAFE_LOG_BUF_SHIFT) -     \
  34                                 sizeof(atomic_t) -                      \
  35                                 sizeof(atomic_t) -                      \
  36                                 sizeof(struct irq_work))
  37
  38 struct printk_safe_seq_buf {
  39         atomic_t                len;    /* length of written data */
  40         atomic_t                message_lost;
  41         struct irq_work         work;   /* IRQ work that flushes the buffer */
  42         unsigned char           buffer[SAFE_LOG_BUF_LEN];
  43 };
  44
  45 static DEFINE_PER_CPU(struct printk_safe_seq_buf, safe_print_seq);
  46 static DEFINE_PER_CPU(int, printk_context);
  47
  48 static DEFINE_RAW_SPINLOCK(safe_read_lock);
  49
  50 #ifdef CONFIG_PRINTK_NMI
  51 static DEFINE_PER_CPU(struct printk_safe_seq_buf, nmi_print_seq);
  52 #endif
  53
  54 /* Get flushed in a more safe context. */
  55 static void queue_flush_work(struct printk_safe_seq_buf *s)
  56 {
  57         if (printk_percpu_data_ready())
  58                 irq_work_queue(&s->work);
  59 }
  60
  61 /*
  62  * Add a message to per-CPU context-dependent buffer. NMI and printk-safe
  63  * have dedicated buffers, because otherwise printk-safe preempted by
  64  * NMI-printk would have overwritten the NMI messages.
  65  *
  66  * The messages are flushed from irq work (or from panic()), possibly,
  67  * from other CPU, concurrently with printk_safe_log_store(). Should this
  68  * happen, printk_safe_log_store() will notice the buffer->len mismatch
  69  * and repeat the write.
  70  */
  71 static __printf(2, 0) int printk_safe_log_store(struct printk_safe_seq_buf *s,
  72                                                 const char *fmt, va_list args)
  73 {
  74         int add;
  75         size_t len;
  76         va_list ap;
  77
  78 again:
  79         len = atomic_read(&s->len);
  80
  81         /* The trailing '\0' is not counted into len. */
  82         if (len >= sizeof(s->buffer) - 1) {
  83                 atomic_inc(&s->message_lost);
  84                 queue_flush_work(s);
  85                 return 0;
  86         }
  87
  88         /*
  89          * Make sure that all old data have been read before the buffer
  90          * was reset. This is not needed when we just append data.
  91          */
  92         if (!len)
  93                 smp_rmb();
  94
  95         va_copy(ap, args);
  96         add = vscnprintf(s->buffer + len, sizeof(s->buffer) - len, fmt, ap);
  97         va_end(ap);
  98         if (!add)
  99                 return 0;
 100
 101         /*
 102          * Do it once again if the buffer has been flushed in the meantime.
 103          * Note that atomic_cmpxchg() is an implicit memory barrier that
 104          * makes sure that the data were written before updating s->len.
 105          */
 106         if (atomic_cmpxchg(&s->len, len, len + add) != len)
 107                 goto again;
 108
 109         queue_flush_work(s);
 110         return add;
 111 }
 112
 113 static inline void printk_safe_flush_line(const char *text, int len)
 114 {
 115         /*
 116          * Avoid any console drivers calls from here, because we may be
 117          * in NMI or printk_safe context (when in panic). The messages
 118          * must go only into the ring buffer at this stage.  Consoles will
 119          * get explicitly called later when a crashdump is not generated.
 120          */
 121         printk_deferred("%.*s", len, text);
 122 }
 123
 124 /* printk part of the temporary buffer line by line */
 125 static int printk_safe_flush_buffer(const char *start, size_t len)
 126 {
 127         const char *c, *end;
 128         bool header;
 129
 130         c = start;
 131         end = start + len;
 132         header = true;
 133
 134         /* Print line by line. */
 135         while (c < end) {
 136                 if (*c == '\n') {
 137                         printk_safe_flush_line(start, c - start + 1);
 138                         start = ++c;
 139                         header = true;
 140                         continue;
 141                 }
 142
 143                 /* Handle continuous lines or missing new line. */
 144                 if ((c + 1 < end) && printk_get_level(c)) {
 145                         if (header) {
 146                                 c = printk_skip_level(c);
 147                                 continue;
 148                         }
 149
 150                         printk_safe_flush_line(start, c - start);
 151                         start = c++;
 152                         header = true;
 153                         continue;
 154                 }
 155
 156                 header = false;
 157                 c++;
 158         }
 159
 160         /* Check if there was a partial line. Ignore pure header. */
 161         if (start < end && !header) {
 162                 static const char newline[] = KERN_CONT "\n";
 163
 164                 printk_safe_flush_line(start, end - start);
 165                 printk_safe_flush_line(newline, strlen(newline));
 166         }
 167
 168         return len;
 169 }
 170
 171 static void report_message_lost(struct printk_safe_seq_buf *s)
 172 {
 173         int lost = atomic_xchg(&s->message_lost, 0);
 174
 175         if (lost)
 176                 printk_deferred("Lost %d message(s)!\n", lost);
 177 }
 178
 179 /*
 180  * Flush data from the associated per-CPU buffer. The function
 181  * can be called either via IRQ work or independently.
 182  */
 183 static void __printk_safe_flush(struct irq_work *work)
 184 {
 185         struct printk_safe_seq_buf *s =
 186                 container_of(work, struct printk_safe_seq_buf, work);
 187         unsigned long flags;
 188         size_t len;
 189         int i;
 190
 191         /*
 192          * The lock has two functions. First, one reader has to flush all
 193          * available message to make the lockless synchronization with
 194          * writers easier. Second, we do not want to mix messages from
 195          * different CPUs. This is especially important when printing
 196          * a backtrace.
 197          */
 198         raw_spin_lock_irqsave(&safe_read_lock, flags);
 199
 200         i = 0;
 201 more:
 202         len = atomic_read(&s->len);
 203
 204         /*
 205          * This is just a paranoid check that nobody has manipulated
 206          * the buffer an unexpected way. If we printed something then
 207          * @len must only increase. Also it should never overflow the
 208          * buffer size.
 209          */
 210         if ((i && i >= len) || len > sizeof(s->buffer)) {
 211                 const char *msg = "printk_safe_flush: internal error\n";
 212
 213                 printk_safe_flush_line(msg, strlen(msg));
 214                 len = 0;
 215         }
 216
 217         if (!len)
 218                 goto out; /* Someone else has already flushed the buffer. */
 219
 220         /* Make sure that data has been written up to the @len */
 221         smp_rmb();
 222         i += printk_safe_flush_buffer(s->buffer + i, len - i);
 223
 224         /*
 225          * Check that nothing has got added in the meantime and truncate
 226          * the buffer. Note that atomic_cmpxchg() is an implicit memory
 227          * barrier that makes sure that the data were copied before
 228          * updating s->len.
 229          */
 230         if (atomic_cmpxchg(&s->len, len, 0) != len)
 231                 goto more;
 232
 233 out:
 234         report_message_lost(s);
 235         raw_spin_unlock_irqrestore(&safe_read_lock, flags);
 236 }
 237
 238 /**
 239  * printk_safe_flush - flush all per-cpu nmi buffers.
 240  *
 241  * The buffers are flushed automatically via IRQ work. This function
 242  * is useful only when someone wants to be sure that all buffers have
 243  * been flushed at some point.
 244  */
 245 void printk_safe_flush(void)
 246 {
 247         int cpu;
 248
 249         for_each_possible_cpu(cpu) {
 250 #ifdef CONFIG_PRINTK_NMI
 251                 __printk_safe_flush(&per_cpu(nmi_print_seq, cpu).work);
 252 #endif
 253                 __printk_safe_flush(&per_cpu(safe_print_seq, cpu).work);
 254         }
 255 }
 256
 257 /**
 258  * printk_safe_flush_on_panic - flush all per-cpu nmi buffers when the system
 259  *      goes down.
 260  *
 261  * Similar to printk_safe_flush() but it can be called even in NMI context when
 262  * the system goes down. It does the best effort to get NMI messages into
 263  * the main ring buffer.
 264  *
 265  * Note that it could try harder when there is only one CPU online.
 266  */
 267 void printk_safe_flush_on_panic(void)
 268 {
 269         /*
 270          * Make sure that we could access the safe buffers.
 271          * Do not risk a double release when more CPUs are up.
 272          */
 273         if (raw_spin_is_locked(&safe_read_lock)) {
 274                 if (num_online_cpus() > 1)
 275                         return;
 276
 277                 debug_locks_off();
 278                 raw_spin_lock_init(&safe_read_lock);
 279         }
 280
 281         printk_safe_flush();
 282 }
 283
 284 #ifdef CONFIG_PRINTK_NMI
 285 /*
 286  * Safe printk() for NMI context. It uses a per-CPU buffer to
 287  * store the message. NMIs are not nested, so there is always only
 288  * one writer running. But the buffer might get flushed from another
 289  * CPU, so we need to be careful.
 290  */
 291 static __printf(1, 0) int vprintk_nmi(const char *fmt, va_list args)
 292 {
 293         struct printk_safe_seq_buf *s = this_cpu_ptr(&nmi_print_seq);
 294
 295         return printk_safe_log_store(s, fmt, args);
 296 }
 297
 298 void noinstr printk_nmi_enter(void)
 299 {
 300         this_cpu_add(printk_context, PRINTK_NMI_CONTEXT_OFFSET);
 301 }
 302
 303 void noinstr printk_nmi_exit(void)
 304 {
 305         this_cpu_sub(printk_context, PRINTK_NMI_CONTEXT_OFFSET);
 306 }
 307
 308 /*
 309  * Marks a code that might produce many messages in NMI context
 310  * and the risk of losing them is more critical than eventual
 311  * reordering.
 312  *
 313  * It has effect only when called in NMI context. Then printk()
 314  * will store the messages into the main logbuf directly.
 315  */
 316 void printk_nmi_direct_enter(void)
 317 {
 318         if (this_cpu_read(printk_context) & PRINTK_NMI_CONTEXT_MASK)
 319                 this_cpu_or(printk_context, PRINTK_NMI_DIRECT_CONTEXT_MASK);
 320 }
 321
 322 void printk_nmi_direct_exit(void)
 323 {
 324         this_cpu_and(printk_context, ~PRINTK_NMI_DIRECT_CONTEXT_MASK);
 325 }
 326
 327 #else
 328
 329 static __printf(1, 0) int vprintk_nmi(const char *fmt, va_list args)
 330 {
 331         return 0;
 332 }
 333
 334 #endif /* CONFIG_PRINTK_NMI */
 335
 336 /*
 337  * Lock-less printk(), to avoid deadlocks should the printk() recurse
 338  * into itself. It uses a per-CPU buffer to store the message, just like
 339  * NMI.
 340  */
 341 static __printf(1, 0) int vprintk_safe(const char *fmt, va_list args)
 342 {
 343         struct printk_safe_seq_buf *s = this_cpu_ptr(&safe_print_seq);
 344
 345         return printk_safe_log_store(s, fmt, args);
 346 }
 347
 348 /* Can be preempted by NMI. */
 349 void __printk_safe_enter(void)
 350 {
 351         this_cpu_inc(printk_context);
 352 }
 353
 354 /* Can be preempted by NMI. */
 355 void __printk_safe_exit(void)
 356 {
 357         this_cpu_dec(printk_context);
 358 }
 359
 360 asmlinkage int vprintk(const char *fmt, va_list args)
 361 {
 362 #ifdef CONFIG_KGDB_KDB
 363         /* Allow to pass printk() to kdb but avoid a recursion. */
 364         if (unlikely(kdb_trap_printk && kdb_printf_cpu < 0))
 365                 return vkdb_printf(KDB_MSGSRC_PRINTK, fmt, args);
 366 #endif
 367
 368         /*
 369          * Use the main logbuf even in NMI. But avoid calling console
 370          * drivers that might have their own locks.
 371          */
 372         if ((this_cpu_read(printk_context) & PRINTK_NMI_DIRECT_CONTEXT_MASK)) {
 373                 unsigned long flags;
 374                 int len;
 375
 376                 printk_safe_enter_irqsave(flags);
 377                 len = vprintk_store(0, LOGLEVEL_DEFAULT, NULL, fmt, args);
 378                 printk_safe_exit_irqrestore(flags);
 379                 defer_console_output();
 380                 return len;
 381         }
 382
 383         /* Use extra buffer in NMI. */
 384         if (this_cpu_read(printk_context) & PRINTK_NMI_CONTEXT_MASK)
 385                 return vprintk_nmi(fmt, args);
 386
 387         /* Use extra buffer to prevent a recursion deadlock in safe mode. */
 388         if (this_cpu_read(printk_context) & PRINTK_SAFE_CONTEXT_MASK)
 389                 return vprintk_safe(fmt, args);
 390
 391         /* No obstacles. */
 392         return vprintk_default(fmt, args);
 393 }
 394 EXPORT_SYMBOL(vprintk);
 395
 396 void __init printk_safe_init(void)
 397 {
 398         int cpu;
 399
 400         for_each_possible_cpu(cpu) {
 401                 struct printk_safe_seq_buf *s;
 402
 403                 s = &per_cpu(safe_print_seq, cpu);
 404                 init_irq_work(&s->work, __printk_safe_flush);
 405
 406 #ifdef CONFIG_PRINTK_NMI
 407                 s = &per_cpu(nmi_print_seq, cpu);
 408                 init_irq_work(&s->work, __printk_safe_flush);
 409 #endif
 410         }
 411
 412         /* Flush pending messages that did not have scheduled IRQ works. */
 413         printk_safe_flush();
 414 }