arch/x86/kernel/nmi.c

   1 /*
   2  *  Copyright (C) 1991, 1992  Linus Torvalds
   3  *  Copyright (C) 2000, 2001, 2002 Andi Kleen, SuSE Labs
   4  *  Copyright (C) 2011  Don Zickus Red Hat, Inc.
   5  *
   6  *  Pentium III FXSR, SSE support
   7  *      Gareth Hughes <gareth@valinux.com>, May 2000
   8  */
   9
  10 /*
  11  * Handle hardware traps and faults.
  12  */
  13 #include <linux/spinlock.h>
  14 #include <linux/kprobes.h>
  15 #include <linux/kdebug.h>
  16 #include <linux/nmi.h>
  17 #include <linux/debugfs.h>
  18 #include <linux/delay.h>
  19 #include <linux/hardirq.h>
  20 #include <linux/slab.h>
  21 #include <linux/export.h>
  22
  23 #if defined(CONFIG_EDAC)
  24 #include <linux/edac.h>
  25 #endif
  26
  27 #include <linux/atomic.h>
  28 #include <asm/traps.h>
  29 #include <asm/mach_traps.h>
  30 #include <asm/nmi.h>
  31 #include <asm/x86_init.h>
  32 #include <asm/nospec-branch.h>
  33
  34 #define CREATE_TRACE_POINTS
  35 #include <trace/events/nmi.h>
  36
  37 struct nmi_desc {
  38         spinlock_t lock;
  39         struct list_head head;
  40 };
  41
  42 static struct nmi_desc nmi_desc[NMI_MAX] =
  43 {
  44         {
  45                 .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(&nmi_desc[0].lock),
  46                 .head = LIST_HEAD_INIT(nmi_desc[0].head),
  47         },
  48         {
  49                 .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(&nmi_desc[1].lock),
  50                 .head = LIST_HEAD_INIT(nmi_desc[1].head),
  51         },
  52         {
  53                 .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(&nmi_desc[2].lock),
  54                 .head = LIST_HEAD_INIT(nmi_desc[2].head),
  55         },
  56         {
  57                 .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(&nmi_desc[3].lock),
  58                 .head = LIST_HEAD_INIT(nmi_desc[3].head),
  59         },
  60
  61 };
  62
  63 struct nmi_stats {
  64         unsigned int normal;
  65         unsigned int unknown;
  66         unsigned int external;
  67         unsigned int swallow;
  68 };
  69
  70 static DEFINE_PER_CPU(struct nmi_stats, nmi_stats);
  71
  72 static int ignore_nmis;
  73
  74 int unknown_nmi_panic;
  75 /*
  76  * Prevent NMI reason port (0x61) being accessed simultaneously, can
  77  * only be used in NMI handler.
  78  */
  79 static DEFINE_RAW_SPINLOCK(nmi_reason_lock);
  80
  81 static int __init setup_unknown_nmi_panic(char *str)
  82 {
  83         unknown_nmi_panic = 1;
  84         return 1;
  85 }
  86 __setup("unknown_nmi_panic", setup_unknown_nmi_panic);
  87
  88 #define nmi_to_desc(type) (&nmi_desc[type])
  89
  90 static u64 nmi_longest_ns = 1 * NSEC_PER_MSEC;
  91
  92 static int __init nmi_warning_debugfs(void)
  93 {
  94         debugfs_create_u64("nmi_longest_ns", 0644,
  95                         arch_debugfs_dir, &nmi_longest_ns);
  96         return 0;
  97 }
  98 fs_initcall(nmi_warning_debugfs);
  99
 100 static void nmi_max_handler(struct irq_work *w)
 101 {
 102         struct nmiaction *a = container_of(w, struct nmiaction, irq_work);
 103         int remainder_ns, decimal_msecs;
 104         u64 whole_msecs = ACCESS_ONCE(a->max_duration);
 105
 106         remainder_ns = do_div(whole_msecs, (1000 * 1000));
 107         decimal_msecs = remainder_ns / 1000;
 108
 109         printk_ratelimited(KERN_INFO
 110                 "INFO: NMI handler (%ps) took too long to run: %lld.%03d msecs\n",
 111                 a->handler, whole_msecs, decimal_msecs);
 112 }
 113
 114 static int nmi_handle(unsigned int type, struct pt_regs *regs)
 115 {
 116         struct nmi_desc *desc = nmi_to_desc(type);
 117         struct nmiaction *a;
 118         int handled=0;
 119
 120         rcu_read_lock();
 121
 122         /*
 123          * NMIs are edge-triggered, which means if you have enough
 124          * of them concurrently, you can lose some because only one
 125          * can be latched at any given time.  Walk the whole list
 126          * to handle those situations.
 127          */
 128         list_for_each_entry_rcu(a, &desc->head, list) {
 129                 int thishandled;
 130                 u64 delta;
 131
 132                 delta = sched_clock();
 133                 thishandled = a->handler(type, regs);
 134                 handled += thishandled;
 135                 delta = sched_clock() - delta;
 136                 trace_nmi_handler(a->handler, (int)delta, thishandled);
 137
 138                 if (delta < nmi_longest_ns || delta < a->max_duration)
 139                         continue;
 140
 141                 a->max_duration = delta;
 142                 irq_work_queue(&a->irq_work);
 143         }
 144
 145         rcu_read_unlock();
 146
 147         /* return total number of NMI events handled */
 148         return handled;
 149 }
 150 NOKPROBE_SYMBOL(nmi_handle);
 151
 152 int __register_nmi_handler(unsigned int type, struct nmiaction *action)
 153 {
 154         struct nmi_desc *desc = nmi_to_desc(type);
 155         unsigned long flags;
 156
 157         if (!action->handler)
 158                 return -EINVAL;
 159
 160         init_irq_work(&action->irq_work, nmi_max_handler);
 161
 162         spin_lock_irqsave(&desc->lock, flags);
 163
 164         /*
 165          * most handlers of type NMI_UNKNOWN never return because
 166          * they just assume the NMI is theirs.  Just a sanity check
 167          * to manage expectations
 168          */
 169         WARN_ON_ONCE(type == NMI_UNKNOWN && !list_empty(&desc->head));
 170         WARN_ON_ONCE(type == NMI_SERR && !list_empty(&desc->head));
 171         WARN_ON_ONCE(type == NMI_IO_CHECK && !list_empty(&desc->head));
 172
 173         /*
 174          * some handlers need to be executed first otherwise a fake
 175          * event confuses some handlers (kdump uses this flag)
 176          */
 177         if (action->flags & NMI_FLAG_FIRST)
 178                 list_add_rcu(&action->list, &desc->head);
 179         else
 180                 list_add_tail_rcu(&action->list, &desc->head);
 181
 182         spin_unlock_irqrestore(&desc->lock, flags);
 183         return 0;
 184 }
 185 EXPORT_SYMBOL(__register_nmi_handler);
 186
 187 void unregister_nmi_handler(unsigned int type, const char *name)
 188 {
 189         struct nmi_desc *desc = nmi_to_desc(type);
 190         struct nmiaction *n;
 191         unsigned long flags;
 192
 193         spin_lock_irqsave(&desc->lock, flags);
 194
 195         list_for_each_entry_rcu(n, &desc->head, list) {
 196                 /*
 197                  * the name passed in to describe the nmi handler
 198                  * is used as the lookup key
 199                  */
 200                 if (!strcmp(n->name, name)) {
 201                         WARN(in_nmi(),
 202                                 "Trying to free NMI (%s) from NMI context!\n", n->name);
 203                         list_del_rcu(&n->list);
 204                         break;
 205                 }
 206         }
 207
 208         spin_unlock_irqrestore(&desc->lock, flags);
 209         synchronize_rcu();
 210 }
 211 EXPORT_SYMBOL_GPL(unregister_nmi_handler);
 212
 213 static void
 214 pci_serr_error(unsigned char reason, struct pt_regs *regs)
 215 {
 216         /* check to see if anyone registered against these types of errors */
 217         if (nmi_handle(NMI_SERR, regs))
 218                 return;
 219
 220         pr_emerg("NMI: PCI system error (SERR) for reason %02x on CPU %d.\n",
 221                  reason, smp_processor_id());
 222
 223         /*
 224          * On some machines, PCI SERR line is used to report memory
 225          * errors. EDAC makes use of it.
 226          */
 227 #if defined(CONFIG_EDAC)
 228         if (edac_handler_set()) {
 229                 edac_atomic_assert_error();
 230                 return;
 231         }
 232 #endif
 233
 234         if (panic_on_unrecovered_nmi)
 235                 panic("NMI: Not continuing");
 236
 237         pr_emerg("Dazed and confused, but trying to continue\n");
 238
 239         /* Clear and disable the PCI SERR error line. */
 240         reason = (reason & NMI_REASON_CLEAR_MASK) | NMI_REASON_CLEAR_SERR;
 241         outb(reason, NMI_REASON_PORT);
 242 }
 243 NOKPROBE_SYMBOL(pci_serr_error);
 244
 245 static void
 246 io_check_error(unsigned char reason, struct pt_regs *regs)
 247 {
 248         unsigned long i;
 249
 250         /* check to see if anyone registered against these types of errors */
 251         if (nmi_handle(NMI_IO_CHECK, regs))
 252                 return;
 253
 254         pr_emerg(
 255         "NMI: IOCK error (debug interrupt?) for reason %02x on CPU %d.\n",
 256                  reason, smp_processor_id());
 257         show_regs(regs);
 258
 259         if (panic_on_io_nmi)
 260                 panic("NMI IOCK error: Not continuing");
 261
 262         /* Re-enable the IOCK line, wait for a few seconds */
 263         reason = (reason & NMI_REASON_CLEAR_MASK) | NMI_REASON_CLEAR_IOCHK;
 264         outb(reason, NMI_REASON_PORT);
 265
 266         i = 20000;
 267         while (--i) {
 268                 touch_nmi_watchdog();
 269                 udelay(100);
 270         }
 271
 272         reason &= ~NMI_REASON_CLEAR_IOCHK;
 273         outb(reason, NMI_REASON_PORT);
 274 }
 275 NOKPROBE_SYMBOL(io_check_error);
 276
 277 static void
 278 unknown_nmi_error(unsigned char reason, struct pt_regs *regs)
 279 {
 280         int handled;
 281
 282         /*
 283          * Use 'false' as back-to-back NMIs are dealt with one level up.
 284          * Of course this makes having multiple 'unknown' handlers useless
 285          * as only the first one is ever run (unless it can actually determine
 286          * if it caused the NMI)
 287          */
 288         handled = nmi_handle(NMI_UNKNOWN, regs);
 289         if (handled) {
 290                 __this_cpu_add(nmi_stats.unknown, handled);
 291                 return;
 292         }
 293
 294         __this_cpu_add(nmi_stats.unknown, 1);
 295
 296         pr_emerg("Uhhuh. NMI received for unknown reason %02x on CPU %d.\n",
 297                  reason, smp_processor_id());
 298
 299         pr_emerg("Do you have a strange power saving mode enabled?\n");
 300         if (unknown_nmi_panic || panic_on_unrecovered_nmi)
 301                 panic("NMI: Not continuing");
 302
 303         pr_emerg("Dazed and confused, but trying to continue\n");
 304 }
 305 NOKPROBE_SYMBOL(unknown_nmi_error);
 306
 307 static DEFINE_PER_CPU(bool, swallow_nmi);
 308 static DEFINE_PER_CPU(unsigned long, last_nmi_rip);
 309
 310 static void default_do_nmi(struct pt_regs *regs)
 311 {
 312         unsigned char reason = 0;
 313         int handled;
 314         bool b2b = false;
 315
 316         /*
 317          * CPU-specific NMI must be processed before non-CPU-specific
 318          * NMI, otherwise we may lose it, because the CPU-specific
 319          * NMI can not be detected/processed on other CPUs.
 320          */
 321
 322         /*
 323          * Back-to-back NMIs are interesting because they can either
 324          * be two NMI or more than two NMIs (any thing over two is dropped
 325          * due to NMI being edge-triggered).  If this is the second half
 326          * of the back-to-back NMI, assume we dropped things and process
 327          * more handlers.  Otherwise reset the 'swallow' NMI behaviour
 328          */
 329         if (regs->ip == __this_cpu_read(last_nmi_rip))
 330                 b2b = true;
 331         else
 332                 __this_cpu_write(swallow_nmi, false);
 333
 334         __this_cpu_write(last_nmi_rip, regs->ip);
 335
 336         handled = nmi_handle(NMI_LOCAL, regs);
 337         __this_cpu_add(nmi_stats.normal, handled);
 338         if (handled) {
 339                 /*
 340                  * There are cases when a NMI handler handles multiple
 341                  * events in the current NMI.  One of these events may
 342                  * be queued for in the next NMI.  Because the event is
 343                  * already handled, the next NMI will result in an unknown
 344                  * NMI.  Instead lets flag this for a potential NMI to
 345                  * swallow.
 346                  */
 347                 if (handled > 1)
 348                         __this_cpu_write(swallow_nmi, true);
 349                 return;
 350         }
 351
 352         /* Non-CPU-specific NMI: NMI sources can be processed on any CPU */
 353         raw_spin_lock(&nmi_reason_lock);
 354         reason = x86_platform.get_nmi_reason();
 355
 356         if (reason & NMI_REASON_MASK) {
 357                 if (reason & NMI_REASON_SERR)
 358                         pci_serr_error(reason, regs);
 359                 else if (reason & NMI_REASON_IOCHK)
 360                         io_check_error(reason, regs);
 361 #ifdef CONFIG_X86_32
 362                 /*
 363                  * Reassert NMI in case it became active
 364                  * meanwhile as it's edge-triggered:
 365                  */
 366                 reassert_nmi();
 367 #endif
 368                 __this_cpu_add(nmi_stats.external, 1);
 369                 raw_spin_unlock(&nmi_reason_lock);
 370                 return;
 371         }
 372         raw_spin_unlock(&nmi_reason_lock);
 373
 374         /*
 375          * Only one NMI can be latched at a time.  To handle
 376          * this we may process multiple nmi handlers at once to
 377          * cover the case where an NMI is dropped.  The downside
 378          * to this approach is we may process an NMI prematurely,
 379          * while its real NMI is sitting latched.  This will cause
 380          * an unknown NMI on the next run of the NMI processing.
 381          *
 382          * We tried to flag that condition above, by setting the
 383          * swallow_nmi flag when we process more than one event.
 384          * This condition is also only present on the second half
 385          * of a back-to-back NMI, so we flag that condition too.
 386          *
 387          * If both are true, we assume we already processed this
 388          * NMI previously and we swallow it.  Otherwise we reset
 389          * the logic.
 390          *
 391          * There are scenarios where we may accidentally swallow
 392          * a 'real' unknown NMI.  For example, while processing
 393          * a perf NMI another perf NMI comes in along with a
 394          * 'real' unknown NMI.  These two NMIs get combined into
 395          * one (as descibed above).  When the next NMI gets
 396          * processed, it will be flagged by perf as handled, but
 397          * noone will know that there was a 'real' unknown NMI sent
 398          * also.  As a result it gets swallowed.  Or if the first
 399          * perf NMI returns two events handled then the second
 400          * NMI will get eaten by the logic below, again losing a
 401          * 'real' unknown NMI.  But this is the best we can do
 402          * for now.
 403          */
 404         if (b2b && __this_cpu_read(swallow_nmi))
 405                 __this_cpu_add(nmi_stats.swallow, 1);
 406         else
 407                 unknown_nmi_error(reason, regs);
 408 }
 409 NOKPROBE_SYMBOL(default_do_nmi);
 410
 411 /*
 412  * NMIs can page fault or hit breakpoints which will cause it to lose
 413  * its NMI context with the CPU when the breakpoint or page fault does an IRET.
 414  *
 415  * As a result, NMIs can nest if NMIs get unmasked due an IRET during
 416  * NMI processing.  On x86_64, the asm glue protects us from nested NMIs
 417  * if the outer NMI came from kernel mode, but we can still nest if the
 418  * outer NMI came from user mode.
 419  *
 420  * To handle these nested NMIs, we have three states:
 421  *
 422  *  1) not running
 423  *  2) executing
 424  *  3) latched
 425  *
 426  * When no NMI is in progress, it is in the "not running" state.
 427  * When an NMI comes in, it goes into the "executing" state.
 428  * Normally, if another NMI is triggered, it does not interrupt
 429  * the running NMI and the HW will simply latch it so that when
 430  * the first NMI finishes, it will restart the second NMI.
 431  * (Note, the latch is binary, thus multiple NMIs triggering,
 432  *  when one is running, are ignored. Only one NMI is restarted.)
 433  *
 434  * If an NMI executes an iret, another NMI can preempt it. We do not
 435  * want to allow this new NMI to run, but we want to execute it when the
 436  * first one finishes.  We set the state to "latched", and the exit of
 437  * the first NMI will perform a dec_return, if the result is zero
 438  * (NOT_RUNNING), then it will simply exit the NMI handler. If not, the
 439  * dec_return would have set the state to NMI_EXECUTING (what we want it
 440  * to be when we are running). In this case, we simply jump back to
 441  * rerun the NMI handler again, and restart the 'latched' NMI.
 442  *
 443  * No trap (breakpoint or page fault) should be hit before nmi_restart,
 444  * thus there is no race between the first check of state for NOT_RUNNING
 445  * and setting it to NMI_EXECUTING. The HW will prevent nested NMIs
 446  * at this point.
 447  *
 448  * In case the NMI takes a page fault, we need to save off the CR2
 449  * because the NMI could have preempted another page fault and corrupt
 450  * the CR2 that is about to be read. As nested NMIs must be restarted
 451  * and they can not take breakpoints or page faults, the update of the
 452  * CR2 must be done before converting the nmi state back to NOT_RUNNING.
 453  * Otherwise, there would be a race of another nested NMI coming in
 454  * after setting state to NOT_RUNNING but before updating the nmi_cr2.
 455  */
 456 enum nmi_states {
 457         NMI_NOT_RUNNING = 0,
 458         NMI_EXECUTING,
 459         NMI_LATCHED,
 460 };
 461 static DEFINE_PER_CPU(enum nmi_states, nmi_state);
 462 static DEFINE_PER_CPU(unsigned long, nmi_cr2);
 463
 464 #ifdef CONFIG_X86_64
 465 /*
 466  * In x86_64, we need to handle breakpoint -> NMI -> breakpoint.  Without
 467  * some care, the inner breakpoint will clobber the outer breakpoint's
 468  * stack.
 469  *
 470  * If a breakpoint is being processed, and the debug stack is being
 471  * used, if an NMI comes in and also hits a breakpoint, the stack
 472  * pointer will be set to the same fixed address as the breakpoint that
 473  * was interrupted, causing that stack to be corrupted. To handle this
 474  * case, check if the stack that was interrupted is the debug stack, and
 475  * if so, change the IDT so that new breakpoints will use the current
 476  * stack and not switch to the fixed address. On return of the NMI,
 477  * switch back to the original IDT.
 478  */
 479 static DEFINE_PER_CPU(int, update_debug_stack);
 480 #endif
 481
 482 dotraplinkage notrace void
 483 do_nmi(struct pt_regs *regs, long error_code)
 484 {
 485         if (this_cpu_read(nmi_state) != NMI_NOT_RUNNING) {
 486                 this_cpu_write(nmi_state, NMI_LATCHED);
 487                 return;
 488         }
 489         this_cpu_write(nmi_state, NMI_EXECUTING);
 490         this_cpu_write(nmi_cr2, read_cr2());
 491 nmi_restart:
 492
 493 #ifdef CONFIG_X86_64
 494         /*
 495          * If we interrupted a breakpoint, it is possible that
 496          * the nmi handler will have breakpoints too. We need to
 497          * change the IDT such that breakpoints that happen here
 498          * continue to use the NMI stack.
 499          */
 500         if (unlikely(is_debug_stack(regs->sp))) {
 501                 debug_stack_set_zero();
 502                 this_cpu_write(update_debug_stack, 1);
 503         }
 504 #endif
 505
 506         nmi_enter();
 507
 508         inc_irq_stat(__nmi_count);
 509
 510         if (!ignore_nmis)
 511                 default_do_nmi(regs);
 512
 513         nmi_exit();
 514
 515 #ifdef CONFIG_X86_64
 516         if (unlikely(this_cpu_read(update_debug_stack))) {
 517                 debug_stack_reset();
 518                 this_cpu_write(update_debug_stack, 0);
 519         }
 520 #endif
 521
 522         if (unlikely(this_cpu_read(nmi_cr2) != read_cr2()))
 523                 write_cr2(this_cpu_read(nmi_cr2));
 524         if (this_cpu_dec_return(nmi_state))
 525                 goto nmi_restart;
 526
 527         if (user_mode(regs))
 528                 mds_user_clear_cpu_buffers();
 529 }
 530 NOKPROBE_SYMBOL(do_nmi);
 531
 532 void stop_nmi(void)
 533 {
 534         ignore_nmis++;
 535 }
 536
 537 void restart_nmi(void)
 538 {
 539         ignore_nmis--;
 540 }
 541
 542 /* reset the back-to-back NMI logic */
 543 void local_touch_nmi(void)
 544 {
 545         __this_cpu_write(last_nmi_rip, 0);
 546 }
 547 EXPORT_SYMBOL_GPL(local_touch_nmi);