arch/x86/mm/pti.c

   1 /*
   2  * Copyright(c) 2017 Intel Corporation. All rights reserved.
   3  *
   4  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   5  * it under the terms of version 2 of the GNU General Public License as
   6  * published by the Free Software Foundation.
   7  *
   8  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
   9  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  10  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  11  * General Public License for more details.
  12  *
  13  * This code is based in part on work published here:
  14  *
  15  *      https://github.com/IAIK/KAISER
  16  *
  17  * The original work was written by and and signed off by for the Linux
  18  * kernel by:
  19  *
  20  *   Signed-off-by: Richard Fellner <richard.fellner@student.tugraz.at>
  21  *   Signed-off-by: Moritz Lipp <moritz.lipp@iaik.tugraz.at>
  22  *   Signed-off-by: Daniel Gruss <daniel.gruss@iaik.tugraz.at>
  23  *   Signed-off-by: Michael Schwarz <michael.schwarz@iaik.tugraz.at>
  24  *
  25  * Major changes to the original code by: Dave Hansen <dave.hansen@intel.com>
  26  * Mostly rewritten by Thomas Gleixner <tglx@linutronix.de> and
  27  *                     Andy Lutomirsky <luto@amacapital.net>
  28  */
  29 #include <linux/kernel.h>
  30 #include <linux/errno.h>
  31 #include <linux/string.h>
  32 #include <linux/types.h>
  33 #include <linux/bug.h>
  34 #include <linux/init.h>
  35 #include <linux/spinlock.h>
  36 #include <linux/mm.h>
  37 #include <linux/uaccess.h>
  38
  39 #include <asm/cpufeature.h>
  40 #include <asm/hypervisor.h>
  41 #include <asm/cmdline.h>
  42 #include <asm/pti.h>
  43 #include <asm/pgtable.h>
  44 #include <asm/pgalloc.h>
  45 #include <asm/tlbflush.h>
  46 #include <asm/desc.h>
  47
  48 #undef pr_fmt
  49 #define pr_fmt(fmt)     "Kernel/User page tables isolation: " fmt
  50
  51 /* Backporting helper */
  52 #ifndef __GFP_NOTRACK
  53 #define __GFP_NOTRACK   0
  54 #endif
  55
  56 static void __init pti_print_if_insecure(const char *reason)
  57 {
  58         if (boot_cpu_has_bug(X86_BUG_CPU_INSECURE))
  59                 pr_info("%s\n", reason);
  60 }
  61
  62 static void __init pti_print_if_secure(const char *reason)
  63 {
  64         if (!boot_cpu_has_bug(X86_BUG_CPU_INSECURE))
  65                 pr_info("%s\n", reason);
  66 }
  67
  68 void __init pti_check_boottime_disable(void)
  69 {
  70         char arg[5];
  71         int ret;
  72
  73         if (hypervisor_is_type(X86_HYPER_XEN_PV)) {
  74                 pti_print_if_insecure("disabled on XEN PV.");
  75                 return;
  76         }
  77
  78         ret = cmdline_find_option(boot_command_line, "pti", arg, sizeof(arg));
  79         if (ret > 0)  {
  80                 if (ret == 3 && !strncmp(arg, "off", 3)) {
  81                         pti_print_if_insecure("disabled on command line.");
  82                         return;
  83                 }
  84                 if (ret == 2 && !strncmp(arg, "on", 2)) {
  85                         pti_print_if_secure("force enabled on command line.");
  86                         goto enable;
  87                 }
  88                 if (ret == 4 && !strncmp(arg, "auto", 4))
  89                         goto autosel;
  90         }
  91
  92         if (cmdline_find_option_bool(boot_command_line, "nopti")) {
  93                 pti_print_if_insecure("disabled on command line.");
  94                 return;
  95         }
  96
  97 autosel:
  98         if (!boot_cpu_has_bug(X86_BUG_CPU_INSECURE))
  99                 return;
 100 enable:
 101         setup_force_cpu_cap(X86_FEATURE_PTI);
 102 }
 103
 104 pgd_t __pti_set_user_pgd(pgd_t *pgdp, pgd_t pgd)
 105 {
 106         /*
 107          * Changes to the high (kernel) portion of the kernelmode page
 108          * tables are not automatically propagated to the usermode tables.
 109          *
 110          * Users should keep in mind that, unlike the kernelmode tables,
 111          * there is no vmalloc_fault equivalent for the usermode tables.
 112          * Top-level entries added to init_mm's usermode pgd after boot
 113          * will not be automatically propagated to other mms.
 114          */
 115         if (!pgdp_maps_userspace(pgdp))
 116                 return pgd;
 117
 118         /*
 119          * The user page tables get the full PGD, accessible from
 120          * userspace:
 121          */
 122         kernel_to_user_pgdp(pgdp)->pgd = pgd.pgd;
 123
 124         /*
 125          * If this is normal user memory, make it NX in the kernel
 126          * pagetables so that, if we somehow screw up and return to
 127          * usermode with the kernel CR3 loaded, we'll get a page fault
 128          * instead of allowing user code to execute with the wrong CR3.
 129          *
 130          * As exceptions, we don't set NX if:
 131          *  - _PAGE_USER is not set.  This could be an executable
 132          *     EFI runtime mapping or something similar, and the kernel
 133          *     may execute from it
 134          *  - we don't have NX support
 135          *  - we're clearing the PGD (i.e. the new pgd is not present).
 136          */
 137         if ((pgd.pgd & (_PAGE_USER|_PAGE_PRESENT)) == (_PAGE_USER|_PAGE_PRESENT) &&
 138             (__supported_pte_mask & _PAGE_NX))
 139                 pgd.pgd |= _PAGE_NX;
 140
 141         /* return the copy of the PGD we want the kernel to use: */
 142         return pgd;
 143 }
 144
 145 /*
 146  * Walk the user copy of the page tables (optionally) trying to allocate
 147  * page table pages on the way down.
 148  *
 149  * Returns a pointer to a P4D on success, or NULL on failure.
 150  */
 151 static p4d_t *pti_user_pagetable_walk_p4d(unsigned long address)
 152 {
 153         pgd_t *pgd = kernel_to_user_pgdp(pgd_offset_k(address));
 154         gfp_t gfp = (GFP_KERNEL | __GFP_NOTRACK | __GFP_ZERO);
 155
 156         if (address < PAGE_OFFSET) {
 157                 WARN_ONCE(1, "attempt to walk user address\n");
 158                 return NULL;
 159         }
 160
 161         if (pgd_none(*pgd)) {
 162                 unsigned long new_p4d_page = __get_free_page(gfp);
 163                 if (!new_p4d_page)
 164                         return NULL;
 165
 166                 if (pgd_none(*pgd)) {
 167                         set_pgd(pgd, __pgd(_KERNPG_TABLE | __pa(new_p4d_page)));
 168                         new_p4d_page = 0;
 169                 }
 170                 if (new_p4d_page)
 171                         free_page(new_p4d_page);
 172         }
 173         BUILD_BUG_ON(pgd_large(*pgd) != 0);
 174
 175         return p4d_offset(pgd, address);
 176 }
 177
 178 /*
 179  * Walk the user copy of the page tables (optionally) trying to allocate
 180  * page table pages on the way down.
 181  *
 182  * Returns a pointer to a PMD on success, or NULL on failure.
 183  */
 184 static pmd_t *pti_user_pagetable_walk_pmd(unsigned long address)
 185 {
 186         gfp_t gfp = (GFP_KERNEL | __GFP_NOTRACK | __GFP_ZERO);
 187         p4d_t *p4d = pti_user_pagetable_walk_p4d(address);
 188         pud_t *pud;
 189
 190         BUILD_BUG_ON(p4d_large(*p4d) != 0);
 191         if (p4d_none(*p4d)) {
 192                 unsigned long new_pud_page = __get_free_page(gfp);
 193                 if (!new_pud_page)
 194                         return NULL;
 195
 196                 if (p4d_none(*p4d)) {
 197                         set_p4d(p4d, __p4d(_KERNPG_TABLE | __pa(new_pud_page)));
 198                         new_pud_page = 0;
 199                 }
 200                 if (new_pud_page)
 201                         free_page(new_pud_page);
 202         }
 203
 204         pud = pud_offset(p4d, address);
 205         /* The user page tables do not use large mappings: */
 206         if (pud_large(*pud)) {
 207                 WARN_ON(1);
 208                 return NULL;
 209         }
 210         if (pud_none(*pud)) {
 211                 unsigned long new_pmd_page = __get_free_page(gfp);
 212                 if (!new_pmd_page)
 213                         return NULL;
 214
 215                 if (pud_none(*pud)) {
 216                         set_pud(pud, __pud(_KERNPG_TABLE | __pa(new_pmd_page)));
 217                         new_pmd_page = 0;
 218                 }
 219                 if (new_pmd_page)
 220                         free_page(new_pmd_page);
 221         }
 222
 223         return pmd_offset(pud, address);
 224 }
 225
 226 static void __init
 227 pti_clone_pmds(unsigned long start, unsigned long end, pmdval_t clear)
 228 {
 229         unsigned long addr;
 230
 231         /*
 232          * Clone the populated PMDs which cover start to end. These PMD areas
 233          * can have holes.
 234          */
 235         for (addr = start; addr < end; addr += PMD_SIZE) {
 236                 pmd_t *pmd, *target_pmd;
 237                 pgd_t *pgd;
 238                 p4d_t *p4d;
 239                 pud_t *pud;
 240
 241                 pgd = pgd_offset_k(addr);
 242                 if (WARN_ON(pgd_none(*pgd)))
 243                         return;
 244                 p4d = p4d_offset(pgd, addr);
 245                 if (WARN_ON(p4d_none(*p4d)))
 246                         return;
 247                 pud = pud_offset(p4d, addr);
 248                 if (pud_none(*pud))
 249                         continue;
 250                 pmd = pmd_offset(pud, addr);
 251                 if (pmd_none(*pmd))
 252                         continue;
 253
 254                 target_pmd = pti_user_pagetable_walk_pmd(addr);
 255                 if (WARN_ON(!target_pmd))
 256                         return;
 257
 258                 /*
 259                  * Copy the PMD.  That is, the kernelmode and usermode
 260                  * tables will share the last-level page tables of this
 261                  * address range
 262                  */
 263                 *target_pmd = pmd_clear_flags(*pmd, clear);
 264         }
 265 }
 266
 267 /*
 268  * Clone a single p4d (i.e. a top-level entry on 4-level systems and a
 269  * next-level entry on 5-level systems.
 270  */
 271 static void __init pti_clone_p4d(unsigned long addr)
 272 {
 273         p4d_t *kernel_p4d, *user_p4d;
 274         pgd_t *kernel_pgd;
 275
 276         user_p4d = pti_user_pagetable_walk_p4d(addr);
 277         kernel_pgd = pgd_offset_k(addr);
 278         kernel_p4d = p4d_offset(kernel_pgd, addr);
 279         *user_p4d = *kernel_p4d;
 280 }
 281
 282 /*
 283  * Clone the CPU_ENTRY_AREA into the user space visible page table.
 284  */
 285 static void __init pti_clone_user_shared(void)
 286 {
 287         pti_clone_p4d(CPU_ENTRY_AREA_BASE);
 288 }
 289
 290 /*
 291  * Initialize kernel page table isolation
 292  */
 293 void __init pti_init(void)
 294 {
 295         if (!static_cpu_has(X86_FEATURE_PTI))
 296                 return;
 297
 298         pr_info("enabled\n");
 299
 300         pti_clone_user_shared();
 301 }