arch/x86/kernel/nmi.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  *  Copyright (C) 1991, 1992  Linus Torvalds
   4  *  Copyright (C) 2000, 2001, 2002 Andi Kleen, SuSE Labs
   5  *  Copyright (C) 2011  Don Zickus Red Hat, Inc.
   6  *
   7  *  Pentium III FXSR, SSE support
   8  *      Gareth Hughes <[email protected]>, May 2000
   9  */
  10
  11 /*
  12  * Handle hardware traps and faults.
  13  */
  14 #include <linux/spinlock.h>
  15 #include <linux/kprobes.h>
  16 #include <linux/kdebug.h>
  17 #include <linux/sched/debug.h>
  18 #include <linux/nmi.h>
  19 #include <linux/debugfs.h>
  20 #include <linux/delay.h>
  21 #include <linux/hardirq.h>
  22 #include <linux/ratelimit.h>
  23 #include <linux/slab.h>
  24 #include <linux/export.h>
  25 #include <linux/atomic.h>
  26 #include <linux/sched/clock.h>
  27
  28 #if defined(CONFIG_EDAC)
  29 #include <linux/edac.h>
  30 #endif
  31
  32 #include <asm/cpu_entry_area.h>
  33 #include <asm/traps.h>
  34 #include <asm/mach_traps.h>
  35 #include <asm/nmi.h>
  36 #include <asm/x86_init.h>
  37 #include <asm/reboot.h>
  38 #include <asm/cache.h>
  39 #include <asm/nospec-branch.h>
  40
  41 #define CREATE_TRACE_POINTS
  42 #include <trace/events/nmi.h>
  43
  44 struct nmi_desc {
  45         raw_spinlock_t lock;
  46         struct list_head head;
  47 };
  48
  49 static struct nmi_desc nmi_desc[NMI_MAX] =
  50 {
  51         {
  52                 .lock = __RAW_SPIN_LOCK_UNLOCKED(&nmi_desc[0].lock),
  53                 .head = LIST_HEAD_INIT(nmi_desc[0].head),
  54         },
  55         {
  56                 .lock = __RAW_SPIN_LOCK_UNLOCKED(&nmi_desc[1].lock),
  57                 .head = LIST_HEAD_INIT(nmi_desc[1].head),
  58         },
  59         {
  60                 .lock = __RAW_SPIN_LOCK_UNLOCKED(&nmi_desc[2].lock),
  61                 .head = LIST_HEAD_INIT(nmi_desc[2].head),
  62         },
  63         {
  64                 .lock = __RAW_SPIN_LOCK_UNLOCKED(&nmi_desc[3].lock),
  65                 .head = LIST_HEAD_INIT(nmi_desc[3].head),
  66         },
  67
  68 };
  69
  70 struct nmi_stats {
  71         unsigned int normal;
  72         unsigned int unknown;
  73         unsigned int external;
  74         unsigned int swallow;
  75 };
  76
  77 static DEFINE_PER_CPU(struct nmi_stats, nmi_stats);
  78
  79 static int ignore_nmis __read_mostly;
  80
  81 int unknown_nmi_panic;
  82 /*
  83  * Prevent NMI reason port (0x61) being accessed simultaneously, can
  84  * only be used in NMI handler.
  85  */
  86 static DEFINE_RAW_SPINLOCK(nmi_reason_lock);
  87
  88 static int __init setup_unknown_nmi_panic(char *str)
  89 {
  90         unknown_nmi_panic = 1;
  91         return 1;
  92 }
  93 __setup("unknown_nmi_panic", setup_unknown_nmi_panic);
  94
  95 #define nmi_to_desc(type) (&nmi_desc[type])
  96
  97 static u64 nmi_longest_ns = 1 * NSEC_PER_MSEC;
  98
  99 static int __init nmi_warning_debugfs(void)
 100 {
 101         debugfs_create_u64("nmi_longest_ns", 0644,
 102                         arch_debugfs_dir, &nmi_longest_ns);
 103         return 0;
 104 }
 105 fs_initcall(nmi_warning_debugfs);
 106
 107 static void nmi_max_handler(struct irq_work *w)
 108 {
 109         struct nmiaction *a = container_of(w, struct nmiaction, irq_work);
 110         int remainder_ns, decimal_msecs;
 111         u64 whole_msecs = READ_ONCE(a->max_duration);
 112
 113         remainder_ns = do_div(whole_msecs, (1000 * 1000));
 114         decimal_msecs = remainder_ns / 1000;
 115
 116         printk_ratelimited(KERN_INFO
 117                 "INFO: NMI handler (%ps) took too long to run: %lld.%03d msecs\n",
 118                 a->handler, whole_msecs, decimal_msecs);
 119 }
 120
 121 static int nmi_handle(unsigned int type, struct pt_regs *regs)
 122 {
 123         struct nmi_desc *desc = nmi_to_desc(type);
 124         struct nmiaction *a;
 125         int handled=0;
 126
 127         rcu_read_lock();
 128
 129         /*
 130          * NMIs are edge-triggered, which means if you have enough
 131          * of them concurrently, you can lose some because only one
 132          * can be latched at any given time.  Walk the whole list
 133          * to handle those situations.
 134          */
 135         list_for_each_entry_rcu(a, &desc->head, list) {
 136                 int thishandled;
 137                 u64 delta;
 138
 139                 delta = sched_clock();
 140                 thishandled = a->handler(type, regs);
 141                 handled += thishandled;
 142                 delta = sched_clock() - delta;
 143                 trace_nmi_handler(a->handler, (int)delta, thishandled);
 144
 145                 if (delta < nmi_longest_ns || delta < a->max_duration)
 146                         continue;
 147
 148                 a->max_duration = delta;
 149                 irq_work_queue(&a->irq_work);
 150         }
 151
 152         rcu_read_unlock();
 153
 154         /* return total number of NMI events handled */
 155         return handled;
 156 }
 157 NOKPROBE_SYMBOL(nmi_handle);
 158
 159 int __register_nmi_handler(unsigned int type, struct nmiaction *action)
 160 {
 161         struct nmi_desc *desc = nmi_to_desc(type);
 162         unsigned long flags;
 163
 164         if (!action->handler)
 165                 return -EINVAL;
 166
 167         init_irq_work(&action->irq_work, nmi_max_handler);
 168
 169         raw_spin_lock_irqsave(&desc->lock, flags);
 170
 171         /*
 172          * Indicate if there are multiple registrations on the
 173          * internal NMI handler call chains (SERR and IO_CHECK).
 174          */
 175         WARN_ON_ONCE(type == NMI_SERR && !list_empty(&desc->head));
 176         WARN_ON_ONCE(type == NMI_IO_CHECK && !list_empty(&desc->head));
 177
 178         /*
 179          * some handlers need to be executed first otherwise a fake
 180          * event confuses some handlers (kdump uses this flag)
 181          */
 182         if (action->flags & NMI_FLAG_FIRST)
 183                 list_add_rcu(&action->list, &desc->head);
 184         else
 185                 list_add_tail_rcu(&action->list, &desc->head);
 186
 187         raw_spin_unlock_irqrestore(&desc->lock, flags);
 188         return 0;
 189 }
 190 EXPORT_SYMBOL(__register_nmi_handler);
 191
 192 void unregister_nmi_handler(unsigned int type, const char *name)
 193 {
 194         struct nmi_desc *desc = nmi_to_desc(type);
 195         struct nmiaction *n;
 196         unsigned long flags;
 197
 198         raw_spin_lock_irqsave(&desc->lock, flags);
 199
 200         list_for_each_entry_rcu(n, &desc->head, list) {
 201                 /*
 202                  * the name passed in to describe the nmi handler
 203                  * is used as the lookup key
 204                  */
 205                 if (!strcmp(n->name, name)) {
 206                         WARN(in_nmi(),
 207                                 "Trying to free NMI (%s) from NMI context!\n", n->name);
 208                         list_del_rcu(&n->list);
 209                         break;
 210                 }
 211         }
 212
 213         raw_spin_unlock_irqrestore(&desc->lock, flags);
 214         synchronize_rcu();
 215 }
 216 EXPORT_SYMBOL_GPL(unregister_nmi_handler);
 217
 218 static void
 219 pci_serr_error(unsigned char reason, struct pt_regs *regs)
 220 {
 221         /* check to see if anyone registered against these types of errors */
 222         if (nmi_handle(NMI_SERR, regs))
 223                 return;
 224
 225         pr_emerg("NMI: PCI system error (SERR) for reason %02x on CPU %d.\n",
 226                  reason, smp_processor_id());
 227
 228         if (panic_on_unrecovered_nmi)
 229                 nmi_panic(regs, "NMI: Not continuing");
 230
 231         pr_emerg("Dazed and confused, but trying to continue\n");
 232
 233         /* Clear and disable the PCI SERR error line. */
 234         reason = (reason & NMI_REASON_CLEAR_MASK) | NMI_REASON_CLEAR_SERR;
 235         outb(reason, NMI_REASON_PORT);
 236 }
 237 NOKPROBE_SYMBOL(pci_serr_error);
 238
 239 static void
 240 io_check_error(unsigned char reason, struct pt_regs *regs)
 241 {
 242         unsigned long i;
 243
 244         /* check to see if anyone registered against these types of errors */
 245         if (nmi_handle(NMI_IO_CHECK, regs))
 246                 return;
 247
 248         pr_emerg(
 249         "NMI: IOCK error (debug interrupt?) for reason %02x on CPU %d.\n",
 250                  reason, smp_processor_id());
 251         show_regs(regs);
 252
 253         if (panic_on_io_nmi) {
 254                 nmi_panic(regs, "NMI IOCK error: Not continuing");
 255
 256                 /*
 257                  * If we end up here, it means we have received an NMI while
 258                  * processing panic(). Simply return without delaying and
 259                  * re-enabling NMIs.
 260                  */
 261                 return;
 262         }
 263
 264         /* Re-enable the IOCK line, wait for a few seconds */
 265         reason = (reason & NMI_REASON_CLEAR_MASK) | NMI_REASON_CLEAR_IOCHK;
 266         outb(reason, NMI_REASON_PORT);
 267
 268         i = 20000;
 269         while (--i) {
 270                 touch_nmi_watchdog();
 271                 udelay(100);
 272         }
 273
 274         reason &= ~NMI_REASON_CLEAR_IOCHK;
 275         outb(reason, NMI_REASON_PORT);
 276 }
 277 NOKPROBE_SYMBOL(io_check_error);
 278
 279 static void
 280 unknown_nmi_error(unsigned char reason, struct pt_regs *regs)
 281 {
 282         int handled;
 283
 284         /*
 285          * Use 'false' as back-to-back NMIs are dealt with one level up.
 286          * Of course this makes having multiple 'unknown' handlers useless
 287          * as only the first one is ever run (unless it can actually determine
 288          * if it caused the NMI)
 289          */
 290         handled = nmi_handle(NMI_UNKNOWN, regs);
 291         if (handled) {
 292                 __this_cpu_add(nmi_stats.unknown, handled);
 293                 return;
 294         }
 295
 296         __this_cpu_add(nmi_stats.unknown, 1);
 297
 298         pr_emerg("Uhhuh. NMI received for unknown reason %02x on CPU %d.\n",
 299                  reason, smp_processor_id());
 300
 301         pr_emerg("Do you have a strange power saving mode enabled?\n");
 302         if (unknown_nmi_panic || panic_on_unrecovered_nmi)
 303                 nmi_panic(regs, "NMI: Not continuing");
 304
 305         pr_emerg("Dazed and confused, but trying to continue\n");
 306 }
 307 NOKPROBE_SYMBOL(unknown_nmi_error);
 308
 309 static DEFINE_PER_CPU(bool, swallow_nmi);
 310 static DEFINE_PER_CPU(unsigned long, last_nmi_rip);
 311
 312 static void default_do_nmi(struct pt_regs *regs)
 313 {
 314         unsigned char reason = 0;
 315         int handled;
 316         bool b2b = false;
 317
 318         /*
 319          * CPU-specific NMI must be processed before non-CPU-specific
 320          * NMI, otherwise we may lose it, because the CPU-specific
 321          * NMI can not be detected/processed on other CPUs.
 322          */
 323
 324         /*
 325          * Back-to-back NMIs are interesting because they can either
 326          * be two NMI or more than two NMIs (any thing over two is dropped
 327          * due to NMI being edge-triggered).  If this is the second half
 328          * of the back-to-back NMI, assume we dropped things and process
 329          * more handlers.  Otherwise reset the 'swallow' NMI behaviour
 330          */
 331         if (regs->ip == __this_cpu_read(last_nmi_rip))
 332                 b2b = true;
 333         else
 334                 __this_cpu_write(swallow_nmi, false);
 335
 336         __this_cpu_write(last_nmi_rip, regs->ip);
 337
 338         handled = nmi_handle(NMI_LOCAL, regs);
 339         __this_cpu_add(nmi_stats.normal, handled);
 340         if (handled) {
 341                 /*
 342                  * There are cases when a NMI handler handles multiple
 343                  * events in the current NMI.  One of these events may
 344                  * be queued for in the next NMI.  Because the event is
 345                  * already handled, the next NMI will result in an unknown
 346                  * NMI.  Instead lets flag this for a potential NMI to
 347                  * swallow.
 348                  */
 349                 if (handled > 1)
 350                         __this_cpu_write(swallow_nmi, true);
 351                 return;
 352         }
 353
 354         /*
 355          * Non-CPU-specific NMI: NMI sources can be processed on any CPU.
 356          *
 357          * Another CPU may be processing panic routines while holding
 358          * nmi_reason_lock. Check if the CPU issued the IPI for crash dumping,
 359          * and if so, call its callback directly.  If there is no CPU preparing
 360          * crash dump, we simply loop here.
 361          */
 362         while (!raw_spin_trylock(&nmi_reason_lock)) {
 363                 run_crash_ipi_callback(regs);
 364                 cpu_relax();
 365         }
 366
 367         reason = x86_platform.get_nmi_reason();
 368
 369         if (reason & NMI_REASON_MASK) {
 370                 if (reason & NMI_REASON_SERR)
 371                         pci_serr_error(reason, regs);
 372                 else if (reason & NMI_REASON_IOCHK)
 373                         io_check_error(reason, regs);
 374 #ifdef CONFIG_X86_32
 375                 /*
 376                  * Reassert NMI in case it became active
 377                  * meanwhile as it's edge-triggered:
 378                  */
 379                 reassert_nmi();
 380 #endif
 381                 __this_cpu_add(nmi_stats.external, 1);
 382                 raw_spin_unlock(&nmi_reason_lock);
 383                 return;
 384         }
 385         raw_spin_unlock(&nmi_reason_lock);
 386
 387         /*
 388          * Only one NMI can be latched at a time.  To handle
 389          * this we may process multiple nmi handlers at once to
 390          * cover the case where an NMI is dropped.  The downside
 391          * to this approach is we may process an NMI prematurely,
 392          * while its real NMI is sitting latched.  This will cause
 393          * an unknown NMI on the next run of the NMI processing.
 394          *
 395          * We tried to flag that condition above, by setting the
 396          * swallow_nmi flag when we process more than one event.
 397          * This condition is also only present on the second half
 398          * of a back-to-back NMI, so we flag that condition too.
 399          *
 400          * If both are true, we assume we already processed this
 401          * NMI previously and we swallow it.  Otherwise we reset
 402          * the logic.
 403          *
 404          * There are scenarios where we may accidentally swallow
 405          * a 'real' unknown NMI.  For example, while processing
 406          * a perf NMI another perf NMI comes in along with a
 407          * 'real' unknown NMI.  These two NMIs get combined into
 408          * one (as descibed above).  When the next NMI gets
 409          * processed, it will be flagged by perf as handled, but
 410          * noone will know that there was a 'real' unknown NMI sent
 411          * also.  As a result it gets swallowed.  Or if the first
 412          * perf NMI returns two events handled then the second
 413          * NMI will get eaten by the logic below, again losing a
 414          * 'real' unknown NMI.  But this is the best we can do
 415          * for now.
 416          */
 417         if (b2b && __this_cpu_read(swallow_nmi))
 418                 __this_cpu_add(nmi_stats.swallow, 1);
 419         else
 420                 unknown_nmi_error(reason, regs);
 421 }
 422 NOKPROBE_SYMBOL(default_do_nmi);
 423
 424 /*
 425  * NMIs can page fault or hit breakpoints which will cause it to lose
 426  * its NMI context with the CPU when the breakpoint or page fault does an IRET.
 427  *
 428  * As a result, NMIs can nest if NMIs get unmasked due an IRET during
 429  * NMI processing.  On x86_64, the asm glue protects us from nested NMIs
 430  * if the outer NMI came from kernel mode, but we can still nest if the
 431  * outer NMI came from user mode.
 432  *
 433  * To handle these nested NMIs, we have three states:
 434  *
 435  *  1) not running
 436  *  2) executing
 437  *  3) latched
 438  *
 439  * When no NMI is in progress, it is in the "not running" state.
 440  * When an NMI comes in, it goes into the "executing" state.
 441  * Normally, if another NMI is triggered, it does not interrupt
 442  * the running NMI and the HW will simply latch it so that when
 443  * the first NMI finishes, it will restart the second NMI.
 444  * (Note, the latch is binary, thus multiple NMIs triggering,
 445  *  when one is running, are ignored. Only one NMI is restarted.)
 446  *
 447  * If an NMI executes an iret, another NMI can preempt it. We do not
 448  * want to allow this new NMI to run, but we want to execute it when the
 449  * first one finishes.  We set the state to "latched", and the exit of
 450  * the first NMI will perform a dec_return, if the result is zero
 451  * (NOT_RUNNING), then it will simply exit the NMI handler. If not, the
 452  * dec_return would have set the state to NMI_EXECUTING (what we want it
 453  * to be when we are running). In this case, we simply jump back to
 454  * rerun the NMI handler again, and restart the 'latched' NMI.
 455  *
 456  * No trap (breakpoint or page fault) should be hit before nmi_restart,
 457  * thus there is no race between the first check of state for NOT_RUNNING
 458  * and setting it to NMI_EXECUTING. The HW will prevent nested NMIs
 459  * at this point.
 460  *
 461  * In case the NMI takes a page fault, we need to save off the CR2
 462  * because the NMI could have preempted another page fault and corrupt
 463  * the CR2 that is about to be read. As nested NMIs must be restarted
 464  * and they can not take breakpoints or page faults, the update of the
 465  * CR2 must be done before converting the nmi state back to NOT_RUNNING.
 466  * Otherwise, there would be a race of another nested NMI coming in
 467  * after setting state to NOT_RUNNING but before updating the nmi_cr2.
 468  */
 469 enum nmi_states {
 470         NMI_NOT_RUNNING = 0,
 471         NMI_EXECUTING,
 472         NMI_LATCHED,
 473 };
 474 static DEFINE_PER_CPU(enum nmi_states, nmi_state);
 475 static DEFINE_PER_CPU(unsigned long, nmi_cr2);
 476
 477 #ifdef CONFIG_X86_64
 478 /*
 479  * In x86_64, we need to handle breakpoint -> NMI -> breakpoint.  Without
 480  * some care, the inner breakpoint will clobber the outer breakpoint's
 481  * stack.
 482  *
 483  * If a breakpoint is being processed, and the debug stack is being
 484  * used, if an NMI comes in and also hits a breakpoint, the stack
 485  * pointer will be set to the same fixed address as the breakpoint that
 486  * was interrupted, causing that stack to be corrupted. To handle this
 487  * case, check if the stack that was interrupted is the debug stack, and
 488  * if so, change the IDT so that new breakpoints will use the current
 489  * stack and not switch to the fixed address. On return of the NMI,
 490  * switch back to the original IDT.
 491  */
 492 static DEFINE_PER_CPU(int, update_debug_stack);
 493
 494 static bool notrace is_debug_stack(unsigned long addr)
 495 {
 496         struct cea_exception_stacks *cs = __this_cpu_read(cea_exception_stacks);
 497         unsigned long top = CEA_ESTACK_TOP(cs, DB);
 498         unsigned long bot = CEA_ESTACK_BOT(cs, DB1);
 499
 500         if (__this_cpu_read(debug_stack_usage))
 501                 return true;
 502         /*
 503          * Note, this covers the guard page between DB and DB1 as well to
 504          * avoid two checks. But by all means @addr can never point into
 505          * the guard page.
 506          */
 507         return addr >= bot && addr < top;
 508 }
 509 NOKPROBE_SYMBOL(is_debug_stack);
 510 #endif
 511
 512 dotraplinkage notrace void
 513 do_nmi(struct pt_regs *regs, long error_code)
 514 {
 515         if (IS_ENABLED(CONFIG_SMP) && cpu_is_offline(smp_processor_id()))
 516                 return;
 517
 518         if (this_cpu_read(nmi_state) != NMI_NOT_RUNNING) {
 519                 this_cpu_write(nmi_state, NMI_LATCHED);
 520                 return;
 521         }
 522         this_cpu_write(nmi_state, NMI_EXECUTING);
 523         this_cpu_write(nmi_cr2, read_cr2());
 524 nmi_restart:
 525
 526 #ifdef CONFIG_X86_64
 527         /*
 528          * If we interrupted a breakpoint, it is possible that
 529          * the nmi handler will have breakpoints too. We need to
 530          * change the IDT such that breakpoints that happen here
 531          * continue to use the NMI stack.
 532          */
 533         if (unlikely(is_debug_stack(regs->sp))) {
 534                 debug_stack_set_zero();
 535                 this_cpu_write(update_debug_stack, 1);
 536         }
 537 #endif
 538
 539         nmi_enter();
 540
 541         inc_irq_stat(__nmi_count);
 542
 543         if (!ignore_nmis)
 544                 default_do_nmi(regs);
 545
 546         nmi_exit();
 547
 548 #ifdef CONFIG_X86_64
 549         if (unlikely(this_cpu_read(update_debug_stack))) {
 550                 debug_stack_reset();
 551                 this_cpu_write(update_debug_stack, 0);
 552         }
 553 #endif
 554
 555         if (unlikely(this_cpu_read(nmi_cr2) != read_cr2()))
 556                 write_cr2(this_cpu_read(nmi_cr2));
 557         if (this_cpu_dec_return(nmi_state))
 558                 goto nmi_restart;
 559
 560         if (user_mode(regs))
 561                 mds_user_clear_cpu_buffers();
 562 }
 563 NOKPROBE_SYMBOL(do_nmi);
 564
 565 void stop_nmi(void)
 566 {
 567         ignore_nmis++;
 568 }
 569
 570 void restart_nmi(void)
 571 {
 572         ignore_nmis--;
 573 }
 574
 575 /* reset the back-to-back NMI logic */
 576 void local_touch_nmi(void)
 577 {
 578         __this_cpu_write(last_nmi_rip, 0);
 579 }
 580 EXPORT_SYMBOL_GPL(local_touch_nmi);