arch/x86/kernel/uprobes.c

   1 /*
   2  * User-space Probes (UProbes) for x86
   3  *
   4  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   5  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
   6  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   7  * (at your option) any later version.
   8  *
   9  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  10  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  12  * GNU General Public License for more details.
  13  *
  14  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  15  * along with this program; if not, write to the Free Software
  16  * Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307, USA.
  17  *
  18  * Copyright (C) IBM Corporation, 2008-2011
  19  * Authors:
  20  *      Srikar Dronamraju
  21  *      Jim Keniston
  22  */
  23 #include <linux/kernel.h>
  24 #include <linux/sched.h>
  25 #include <linux/ptrace.h>
  26 #include <linux/uprobes.h>
  27 #include <linux/uaccess.h>
  28
  29 #include <linux/kdebug.h>
  30 #include <asm/processor.h>
  31 #include <asm/insn.h>
  32
  33 /* Post-execution fixups. */
  34
  35 /* No fixup needed */
  36 #define UPROBE_FIX_NONE         0x0
  37
  38 /* Adjust IP back to vicinity of actual insn */
  39 #define UPROBE_FIX_IP           0x1
  40
  41 /* Adjust the return address of a call insn */
  42 #define UPROBE_FIX_CALL 0x2
  43
  44 /* Instruction will modify TF, don't change it */
  45 #define UPROBE_FIX_SETF 0x4
  46
  47 #define UPROBE_FIX_RIP_AX       0x8000
  48 #define UPROBE_FIX_RIP_CX       0x4000
  49
  50 #define UPROBE_TRAP_NR          UINT_MAX
  51
  52 /* Adaptations for mhiramat x86 decoder v14. */
  53 #define OPCODE1(insn)           ((insn)->opcode.bytes[0])
  54 #define OPCODE2(insn)           ((insn)->opcode.bytes[1])
  55 #define OPCODE3(insn)           ((insn)->opcode.bytes[2])
  56 #define MODRM_REG(insn)         X86_MODRM_REG((insn)->modrm.value)
  57
  58 #define W(row, b0, b1, b2, b3, b4, b5, b6, b7, b8, b9, ba, bb, bc, bd, be, bf)\
  59         (((b0##UL << 0x0)|(b1##UL << 0x1)|(b2##UL << 0x2)|(b3##UL << 0x3) |   \
  60           (b4##UL << 0x4)|(b5##UL << 0x5)|(b6##UL << 0x6)|(b7##UL << 0x7) |   \
  61           (b8##UL << 0x8)|(b9##UL << 0x9)|(ba##UL << 0xa)|(bb##UL << 0xb) |   \
  62           (bc##UL << 0xc)|(bd##UL << 0xd)|(be##UL << 0xe)|(bf##UL << 0xf))    \
  63          << (row % 32))
  64
  65 /*
  66  * Good-instruction tables for 32-bit apps.  This is non-const and volatile
  67  * to keep gcc from statically optimizing it out, as variable_test_bit makes
  68  * some versions of gcc to think only *(unsigned long*) is used.
  69  */
  70 static volatile u32 good_insns_32[256 / 32] = {
  71         /*      0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f         */
  72         /*      ----------------------------------------------         */
  73         W(0x00, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0) | /* 00 */
  74         W(0x10, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0) , /* 10 */
  75         W(0x20, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1) | /* 20 */
  76         W(0x30, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1) , /* 30 */
  77         W(0x40, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) | /* 40 */
  78         W(0x50, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) , /* 50 */
  79         W(0x60, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0) | /* 60 */
  80         W(0x70, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) , /* 70 */
  81         W(0x80, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) | /* 80 */
  82         W(0x90, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) , /* 90 */
  83         W(0xa0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) | /* a0 */
  84         W(0xb0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) , /* b0 */
  85         W(0xc0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0) | /* c0 */
  86         W(0xd0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) , /* d0 */
  87         W(0xe0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0) | /* e0 */
  88         W(0xf0, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1)   /* f0 */
  89         /*      ----------------------------------------------         */
  90         /*      0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f         */
  91 };
  92
  93 /* Using this for both 64-bit and 32-bit apps */
  94 static volatile u32 good_2byte_insns[256 / 32] = {
  95         /*      0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f         */
  96         /*      ----------------------------------------------         */
  97         W(0x00, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1) | /* 00 */
  98         W(0x10, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) , /* 10 */
  99         W(0x20, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) | /* 20 */
 100         W(0x30, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0) , /* 30 */
 101         W(0x40, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) | /* 40 */
 102         W(0x50, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) , /* 50 */
 103         W(0x60, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) | /* 60 */
 104         W(0x70, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1) , /* 70 */
 105         W(0x80, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) | /* 80 */
 106         W(0x90, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) , /* 90 */
 107         W(0xa0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1) | /* a0 */
 108         W(0xb0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) , /* b0 */
 109         W(0xc0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) | /* c0 */
 110         W(0xd0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) , /* d0 */
 111         W(0xe0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) | /* e0 */
 112         W(0xf0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0)   /* f0 */
 113         /*      ----------------------------------------------         */
 114         /*      0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f         */
 115 };
 116
 117 #ifdef CONFIG_X86_64
 118 /* Good-instruction tables for 64-bit apps */
 119 static volatile u32 good_insns_64[256 / 32] = {
 120         /*      0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f         */
 121         /*      ----------------------------------------------         */
 122         W(0x00, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0) | /* 00 */
 123         W(0x10, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0) , /* 10 */
 124         W(0x20, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0) | /* 20 */
 125         W(0x30, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0) , /* 30 */
 126         W(0x40, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0) | /* 40 */
 127         W(0x50, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) , /* 50 */
 128         W(0x60, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0) | /* 60 */
 129         W(0x70, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) , /* 70 */
 130         W(0x80, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) | /* 80 */
 131         W(0x90, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) , /* 90 */
 132         W(0xa0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) | /* a0 */
 133         W(0xb0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) , /* b0 */
 134         W(0xc0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0) | /* c0 */
 135         W(0xd0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) , /* d0 */
 136         W(0xe0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0) | /* e0 */
 137         W(0xf0, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1)   /* f0 */
 138         /*      ----------------------------------------------         */
 139         /*      0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f         */
 140 };
 141 #endif
 142 #undef W
 143
 144 /*
 145  * opcodes we'll probably never support:
 146  *
 147  *  6c-6d, e4-e5, ec-ed - in
 148  *  6e-6f, e6-e7, ee-ef - out
 149  *  cc, cd - int3, int
 150  *  cf - iret
 151  *  d6 - illegal instruction
 152  *  f1 - int1/icebp
 153  *  f4 - hlt
 154  *  fa, fb - cli, sti
 155  *  0f - lar, lsl, syscall, clts, sysret, sysenter, sysexit, invd, wbinvd, ud2
 156  *
 157  * invalid opcodes in 64-bit mode:
 158  *
 159  *  06, 0e, 16, 1e, 27, 2f, 37, 3f, 60-62, 82, c4-c5, d4-d5
 160  *  63 - we support this opcode in x86_64 but not in i386.
 161  *
 162  * opcodes we may need to refine support for:
 163  *
 164  *  0f - 2-byte instructions: For many of these instructions, the validity
 165  *  depends on the prefix and/or the reg field.  On such instructions, we
 166  *  just consider the opcode combination valid if it corresponds to any
 167  *  valid instruction.
 168  *
 169  *  8f - Group 1 - only reg = 0 is OK
 170  *  c6-c7 - Group 11 - only reg = 0 is OK
 171  *  d9-df - fpu insns with some illegal encodings
 172  *  f2, f3 - repnz, repz prefixes.  These are also the first byte for
 173  *  certain floating-point instructions, such as addsd.
 174  *
 175  *  fe - Group 4 - only reg = 0 or 1 is OK
 176  *  ff - Group 5 - only reg = 0-6 is OK
 177  *
 178  * others -- Do we need to support these?
 179  *
 180  *  0f - (floating-point?) prefetch instructions
 181  *  07, 17, 1f - pop es, pop ss, pop ds
 182  *  26, 2e, 36, 3e - es:, cs:, ss:, ds: segment prefixes --
 183  *      but 64 and 65 (fs: and gs:) seem to be used, so we support them
 184  *  67 - addr16 prefix
 185  *  ce - into
 186  *  f0 - lock prefix
 187  */
 188
 189 /*
 190  * TODO:
 191  * - Where necessary, examine the modrm byte and allow only valid instructions
 192  * in the different Groups and fpu instructions.
 193  */
 194
 195 static bool is_prefix_bad(struct insn *insn)
 196 {
 197         int i;
 198
 199         for (i = 0; i < insn->prefixes.nbytes; i++) {
 200                 switch (insn->prefixes.bytes[i]) {
 201                 case 0x26:      /* INAT_PFX_ES   */
 202                 case 0x2E:      /* INAT_PFX_CS   */
 203                 case 0x36:      /* INAT_PFX_DS   */
 204                 case 0x3E:      /* INAT_PFX_SS   */
 205                 case 0xF0:      /* INAT_PFX_LOCK */
 206                         return true;
 207                 }
 208         }
 209         return false;
 210 }
 211
 212 static int validate_insn_32bits(struct arch_uprobe *auprobe, struct insn *insn)
 213 {
 214         insn_init(insn, auprobe->insn, false);
 215
 216         /* Skip good instruction prefixes; reject "bad" ones. */
 217         insn_get_opcode(insn);
 218         if (is_prefix_bad(insn))
 219                 return -ENOTSUPP;
 220
 221         if (test_bit(OPCODE1(insn), (unsigned long *)good_insns_32))
 222                 return 0;
 223
 224         if (insn->opcode.nbytes == 2) {
 225                 if (test_bit(OPCODE2(insn), (unsigned long *)good_2byte_insns))
 226                         return 0;
 227         }
 228
 229         return -ENOTSUPP;
 230 }
 231
 232 #ifdef CONFIG_X86_64
 233 /*
 234  * If arch_uprobe->insn doesn't use rip-relative addressing, return
 235  * immediately.  Otherwise, rewrite the instruction so that it accesses
 236  * its memory operand indirectly through a scratch register.  Set
 237  * arch_uprobe->fixups and arch_uprobe->rip_rela_target_address
 238  * accordingly.  (The contents of the scratch register will be saved
 239  * before we single-step the modified instruction, and restored
 240  * afterward.)
 241  *
 242  * We do this because a rip-relative instruction can access only a
 243  * relatively small area (+/- 2 GB from the instruction), and the XOL
 244  * area typically lies beyond that area.  At least for instructions
 245  * that store to memory, we can't execute the original instruction
 246  * and "fix things up" later, because the misdirected store could be
 247  * disastrous.
 248  *
 249  * Some useful facts about rip-relative instructions:
 250  *
 251  *  - There's always a modrm byte.
 252  *  - There's never a SIB byte.
 253  *  - The displacement is always 4 bytes.
 254  */
 255 static void
 256 handle_riprel_insn(struct arch_uprobe *auprobe, struct insn *insn)
 257 {
 258         u8 *cursor;
 259         u8 reg;
 260
 261         if (!insn_rip_relative(insn))
 262                 return;
 263
 264         /*
 265          * insn_rip_relative() would have decoded rex_prefix, modrm.
 266          * Clear REX.b bit (extension of MODRM.rm field):
 267          * we want to encode rax/rcx, not r8/r9.
 268          */
 269         if (insn->rex_prefix.nbytes) {
 270                 cursor = auprobe->insn + insn_offset_rex_prefix(insn);
 271                 *cursor &= 0xfe;        /* Clearing REX.B bit */
 272         }
 273
 274         /*
 275          * Point cursor at the modrm byte.  The next 4 bytes are the
 276          * displacement.  Beyond the displacement, for some instructions,
 277          * is the immediate operand.
 278          */
 279         cursor = auprobe->insn + insn_offset_modrm(insn);
 280         insn_get_length(insn);
 281
 282         /*
 283          * Convert from rip-relative addressing to indirect addressing
 284          * via a scratch register.  Change the r/m field from 0x5 (%rip)
 285          * to 0x0 (%rax) or 0x1 (%rcx), and squeeze out the offset field.
 286          */
 287         reg = MODRM_REG(insn);
 288         if (reg == 0) {
 289                 /*
 290                  * The register operand (if any) is either the A register
 291                  * (%rax, %eax, etc.) or (if the 0x4 bit is set in the
 292                  * REX prefix) %r8.  In any case, we know the C register
 293                  * is NOT the register operand, so we use %rcx (register
 294                  * #1) for the scratch register.
 295                  */
 296                 auprobe->fixups = UPROBE_FIX_RIP_CX;
 297                 /* Change modrm from 00 000 101 to 00 000 001. */
 298                 *cursor = 0x1;
 299         } else {
 300                 /* Use %rax (register #0) for the scratch register. */
 301                 auprobe->fixups = UPROBE_FIX_RIP_AX;
 302                 /* Change modrm from 00 xxx 101 to 00 xxx 000 */
 303                 *cursor = (reg << 3);
 304         }
 305
 306         /* Target address = address of next instruction + (signed) offset */
 307         auprobe->rip_rela_target_address = (long)insn->length + insn->displacement.value;
 308
 309         /* Displacement field is gone; slide immediate field (if any) over. */
 310         if (insn->immediate.nbytes) {
 311                 cursor++;
 312                 memmove(cursor, cursor + insn->displacement.nbytes, insn->immediate.nbytes);
 313         }
 314 }
 315
 316 /*
 317  * If we're emulating a rip-relative instruction, save the contents
 318  * of the scratch register and store the target address in that register.
 319  */
 320 static void
 321 pre_xol_rip_insn(struct arch_uprobe *auprobe, struct pt_regs *regs,
 322                                 struct arch_uprobe_task *autask)
 323 {
 324         if (auprobe->fixups & UPROBE_FIX_RIP_AX) {
 325                 autask->saved_scratch_register = regs->ax;
 326                 regs->ax = current->utask->vaddr;
 327                 regs->ax += auprobe->rip_rela_target_address;
 328         } else if (auprobe->fixups & UPROBE_FIX_RIP_CX) {
 329                 autask->saved_scratch_register = regs->cx;
 330                 regs->cx = current->utask->vaddr;
 331                 regs->cx += auprobe->rip_rela_target_address;
 332         }
 333 }
 334
 335 static void
 336 handle_riprel_post_xol(struct arch_uprobe *auprobe, struct pt_regs *regs, long *correction)
 337 {
 338         if (auprobe->fixups & (UPROBE_FIX_RIP_AX | UPROBE_FIX_RIP_CX)) {
 339                 struct arch_uprobe_task *autask;
 340
 341                 autask = &current->utask->autask;
 342                 if (auprobe->fixups & UPROBE_FIX_RIP_AX)
 343                         regs->ax = autask->saved_scratch_register;
 344                 else
 345                         regs->cx = autask->saved_scratch_register;
 346
 347                 /*
 348                  * The original instruction includes a displacement, and so
 349                  * is 4 bytes longer than what we've just single-stepped.
 350                  * Caller may need to apply other fixups to handle stuff
 351                  * like "jmpq *...(%rip)" and "callq *...(%rip)".
 352                  */
 353                 if (correction)
 354                         *correction += 4;
 355         }
 356 }
 357
 358 static int validate_insn_64bits(struct arch_uprobe *auprobe, struct insn *insn)
 359 {
 360         insn_init(insn, auprobe->insn, true);
 361
 362         /* Skip good instruction prefixes; reject "bad" ones. */
 363         insn_get_opcode(insn);
 364         if (is_prefix_bad(insn))
 365                 return -ENOTSUPP;
 366
 367         if (test_bit(OPCODE1(insn), (unsigned long *)good_insns_64))
 368                 return 0;
 369
 370         if (insn->opcode.nbytes == 2) {
 371                 if (test_bit(OPCODE2(insn), (unsigned long *)good_2byte_insns))
 372                         return 0;
 373         }
 374         return -ENOTSUPP;
 375 }
 376
 377 static int validate_insn_bits(struct arch_uprobe *auprobe, struct mm_struct *mm, struct insn *insn)
 378 {
 379         if (mm->context.ia32_compat)
 380                 return validate_insn_32bits(auprobe, insn);
 381         return validate_insn_64bits(auprobe, insn);
 382 }
 383 #else /* 32-bit: */
 384 /*
 385  * No RIP-relative addressing on 32-bit
 386  */
 387 static void handle_riprel_insn(struct arch_uprobe *auprobe, struct insn *insn)
 388 {
 389 }
 390 static void pre_xol_rip_insn(struct arch_uprobe *auprobe, struct pt_regs *regs,
 391                                 struct arch_uprobe_task *autask)
 392 {
 393 }
 394 static void handle_riprel_post_xol(struct arch_uprobe *auprobe, struct pt_regs *regs,
 395                                         long *correction)
 396 {
 397 }
 398
 399 static int validate_insn_bits(struct arch_uprobe *auprobe, struct mm_struct *mm,  struct insn *insn)
 400 {
 401         return validate_insn_32bits(auprobe, insn);
 402 }
 403 #endif /* CONFIG_X86_64 */
 404
 405 struct uprobe_xol_ops {
 406         bool    (*emulate)(struct arch_uprobe *, struct pt_regs *);
 407         int     (*pre_xol)(struct arch_uprobe *, struct pt_regs *);
 408         int     (*post_xol)(struct arch_uprobe *, struct pt_regs *);
 409 };
 410
 411 static inline int sizeof_long(void)
 412 {
 413         return is_ia32_task() ? 4 : 8;
 414 }
 415
 416 static int default_pre_xol_op(struct arch_uprobe *auprobe, struct pt_regs *regs)
 417 {
 418         pre_xol_rip_insn(auprobe, regs, &current->utask->autask);
 419         return 0;
 420 }
 421
 422 /*
 423  * Adjust the return address pushed by a call insn executed out of line.
 424  */
 425 static int adjust_ret_addr(unsigned long sp, long correction)
 426 {
 427         int rasize = sizeof_long();
 428         long ra;
 429
 430         if (copy_from_user(&ra, (void __user *)sp, rasize))
 431                 return -EFAULT;
 432
 433         ra += correction;
 434         if (copy_to_user((void __user *)sp, &ra, rasize))
 435                 return -EFAULT;
 436
 437         return 0;
 438 }
 439
 440 static int default_post_xol_op(struct arch_uprobe *auprobe, struct pt_regs *regs)
 441 {
 442         struct uprobe_task *utask = current->utask;
 443         long correction = (long)(utask->vaddr - utask->xol_vaddr);
 444
 445         handle_riprel_post_xol(auprobe, regs, &correction);
 446         if (auprobe->fixups & UPROBE_FIX_IP)
 447                 regs->ip += correction;
 448
 449         if (auprobe->fixups & UPROBE_FIX_CALL) {
 450                 if (adjust_ret_addr(regs->sp, correction)) {
 451                         regs->sp += sizeof_long();
 452                         return -ERESTART;
 453                 }
 454         }
 455
 456         return 0;
 457 }
 458
 459 static struct uprobe_xol_ops default_xol_ops = {
 460         .pre_xol  = default_pre_xol_op,
 461         .post_xol = default_post_xol_op,
 462 };
 463
 464 static bool branch_is_call(struct arch_uprobe *auprobe)
 465 {
 466         return auprobe->branch.opc1 == 0xe8;
 467 }
 468
 469 #define CASE_COND                                       \
 470         COND(70, 71, XF(OF))                            \
 471         COND(72, 73, XF(CF))                            \
 472         COND(74, 75, XF(ZF))                            \
 473         COND(78, 79, XF(SF))                            \
 474         COND(7a, 7b, XF(PF))                            \
 475         COND(76, 77, XF(CF) || XF(ZF))                  \
 476         COND(7c, 7d, XF(SF) != XF(OF))                  \
 477         COND(7e, 7f, XF(ZF) || XF(SF) != XF(OF))
 478
 479 #define COND(op_y, op_n, expr)                          \
 480         case 0x ## op_y: DO((expr) != 0)                \
 481         case 0x ## op_n: DO((expr) == 0)
 482
 483 #define XF(xf)  (!!(flags & X86_EFLAGS_ ## xf))
 484
 485 static bool is_cond_jmp_opcode(u8 opcode)
 486 {
 487         switch (opcode) {
 488         #define DO(expr)        \
 489                 return true;
 490         CASE_COND
 491         #undef  DO
 492
 493         default:
 494                 return false;
 495         }
 496 }
 497
 498 static bool check_jmp_cond(struct arch_uprobe *auprobe, struct pt_regs *regs)
 499 {
 500         unsigned long flags = regs->flags;
 501
 502         switch (auprobe->branch.opc1) {
 503         #define DO(expr)        \
 504                 return expr;
 505         CASE_COND
 506         #undef  DO
 507
 508         default:        /* not a conditional jmp */
 509                 return true;
 510         }
 511 }
 512
 513 #undef  XF
 514 #undef  COND
 515 #undef  CASE_COND
 516
 517 static bool branch_emulate_op(struct arch_uprobe *auprobe, struct pt_regs *regs)
 518 {
 519         unsigned long new_ip = regs->ip += auprobe->branch.ilen;
 520         unsigned long offs = (long)auprobe->branch.offs;
 521
 522         if (branch_is_call(auprobe)) {
 523                 unsigned long new_sp = regs->sp - sizeof_long();
 524                 /*
 525                  * If it fails we execute this (mangled, see the comment in
 526                  * branch_clear_offset) insn out-of-line. In the likely case
 527                  * this should trigger the trap, and the probed application
 528                  * should die or restart the same insn after it handles the
 529                  * signal, arch_uprobe_post_xol() won't be even called.
 530                  *
 531                  * But there is corner case, see the comment in ->post_xol().
 532                  */
 533                 if (copy_to_user((void __user *)new_sp, &new_ip, sizeof_long()))
 534                         return false;
 535                 regs->sp = new_sp;
 536         } else if (!check_jmp_cond(auprobe, regs)) {
 537                 offs = 0;
 538         }
 539
 540         regs->ip = new_ip + offs;
 541         return true;
 542 }
 543
 544 static int branch_post_xol_op(struct arch_uprobe *auprobe, struct pt_regs *regs)
 545 {
 546         BUG_ON(!branch_is_call(auprobe));
 547         /*
 548          * We can only get here if branch_emulate_op() failed to push the ret
 549          * address _and_ another thread expanded our stack before the (mangled)
 550          * "call" insn was executed out-of-line. Just restore ->sp and restart.
 551          * We could also restore ->ip and try to call branch_emulate_op() again.
 552          */
 553         regs->sp += sizeof_long();
 554         return -ERESTART;
 555 }
 556
 557 static void branch_clear_offset(struct arch_uprobe *auprobe, struct insn *insn)
 558 {
 559         /*
 560          * Turn this insn into "call 1f; 1:", this is what we will execute
 561          * out-of-line if ->emulate() fails. We only need this to generate
 562          * a trap, so that the probed task receives the correct signal with
 563          * the properly filled siginfo.
 564          *
 565          * But see the comment in ->post_xol(), in the unlikely case it can
 566          * succeed. So we need to ensure that the new ->ip can not fall into
 567          * the non-canonical area and trigger #GP.
 568          *
 569          * We could turn it into (say) "pushf", but then we would need to
 570          * divorce ->insn[] and ->ixol[]. We need to preserve the 1st byte
 571          * of ->insn[] for set_orig_insn().
 572          */
 573         memset(auprobe->insn + insn_offset_immediate(insn),
 574                 0, insn->immediate.nbytes);
 575 }
 576
 577 static struct uprobe_xol_ops branch_xol_ops = {
 578         .emulate  = branch_emulate_op,
 579         .post_xol = branch_post_xol_op,
 580 };
 581
 582 /* Returns -ENOSYS if branch_xol_ops doesn't handle this insn */
 583 static int branch_setup_xol_ops(struct arch_uprobe *auprobe, struct insn *insn)
 584 {
 585         u8 opc1 = OPCODE1(insn);
 586         int i;
 587
 588         /* has the side-effect of processing the entire instruction */
 589         insn_get_length(insn);
 590         if (WARN_ON_ONCE(!insn_complete(insn)))
 591                 return -ENOEXEC;
 592
 593         switch (opc1) {
 594         case 0xeb:      /* jmp 8 */
 595         case 0xe9:      /* jmp 32 */
 596         case 0x90:      /* prefix* + nop; same as jmp with .offs = 0 */
 597                 break;
 598
 599         case 0xe8:      /* call relative */
 600                 branch_clear_offset(auprobe, insn);
 601                 break;
 602
 603         case 0x0f:
 604                 if (insn->opcode.nbytes != 2)
 605                         return -ENOSYS;
 606                 /*
 607                  * If it is a "near" conditional jmp, OPCODE2() - 0x10 matches
 608                  * OPCODE1() of the "short" jmp which checks the same condition.
 609                  */
 610                 opc1 = OPCODE2(insn) - 0x10;
 611         default:
 612                 if (!is_cond_jmp_opcode(opc1))
 613                         return -ENOSYS;
 614         }
 615
 616         /*
 617          * 16-bit overrides such as CALLW (66 e8 nn nn) are not supported.
 618          * Intel and AMD behavior differ in 64-bit mode: Intel ignores 66 prefix.
 619          * No one uses these insns, reject any branch insns with such prefix.
 620          */
 621         for (i = 0; i < insn->prefixes.nbytes; i++) {
 622                 if (insn->prefixes.bytes[i] == 0x66)
 623                         return -ENOTSUPP;
 624         }
 625
 626         auprobe->branch.opc1 = opc1;
 627         auprobe->branch.ilen = insn->length;
 628         auprobe->branch.offs = insn->immediate.value;
 629
 630         auprobe->ops = &branch_xol_ops;
 631         return 0;
 632 }
 633
 634 /**
 635  * arch_uprobe_analyze_insn - instruction analysis including validity and fixups.
 636  * @mm: the probed address space.
 637  * @arch_uprobe: the probepoint information.
 638  * @addr: virtual address at which to install the probepoint
 639  * Return 0 on success or a -ve number on error.
 640  */
 641 int arch_uprobe_analyze_insn(struct arch_uprobe *auprobe, struct mm_struct *mm, unsigned long addr)
 642 {
 643         struct insn insn;
 644         bool fix_ip = true, fix_call = false;
 645         int ret;
 646
 647         ret = validate_insn_bits(auprobe, mm, &insn);
 648         if (ret)
 649                 return ret;
 650
 651         ret = branch_setup_xol_ops(auprobe, &insn);
 652         if (ret != -ENOSYS)
 653                 return ret;
 654
 655         /*
 656          * Figure out which fixups arch_uprobe_post_xol() will need to perform,
 657          * and annotate arch_uprobe->fixups accordingly. To start with, ->fixups
 658          * is either zero or it reflects rip-related fixups.
 659          */
 660         switch (OPCODE1(&insn)) {
 661         case 0x9d:              /* popf */
 662                 auprobe->fixups |= UPROBE_FIX_SETF;
 663                 break;
 664         case 0xc3:              /* ret or lret -- ip is correct */
 665         case 0xcb:
 666         case 0xc2:
 667         case 0xca:
 668                 fix_ip = false;
 669                 break;
 670         case 0x9a:              /* call absolute - Fix return addr, not ip */
 671                 fix_call = true;
 672                 fix_ip = false;
 673                 break;
 674         case 0xea:              /* jmp absolute -- ip is correct */
 675                 fix_ip = false;
 676                 break;
 677         case 0xff:
 678                 insn_get_modrm(&insn);
 679                 switch (MODRM_REG(&insn)) {
 680                 case 2: case 3:                 /* call or lcall, indirect */
 681                         fix_call = true;
 682                 case 4: case 5:                 /* jmp or ljmp, indirect */
 683                         fix_ip = false;
 684                 }
 685                 /* fall through */
 686         default:
 687                 handle_riprel_insn(auprobe, &insn);
 688         }
 689
 690         if (fix_ip)
 691                 auprobe->fixups |= UPROBE_FIX_IP;
 692         if (fix_call)
 693                 auprobe->fixups |= UPROBE_FIX_CALL;
 694
 695         auprobe->ops = &default_xol_ops;
 696         return 0;
 697 }
 698
 699 /*
 700  * arch_uprobe_pre_xol - prepare to execute out of line.
 701  * @auprobe: the probepoint information.
 702  * @regs: reflects the saved user state of current task.
 703  */
 704 int arch_uprobe_pre_xol(struct arch_uprobe *auprobe, struct pt_regs *regs)
 705 {
 706         struct uprobe_task *utask = current->utask;
 707
 708         regs->ip = utask->xol_vaddr;
 709         utask->autask.saved_trap_nr = current->thread.trap_nr;
 710         current->thread.trap_nr = UPROBE_TRAP_NR;
 711
 712         utask->autask.saved_tf = !!(regs->flags & X86_EFLAGS_TF);
 713         regs->flags |= X86_EFLAGS_TF;
 714         if (test_tsk_thread_flag(current, TIF_BLOCKSTEP))
 715                 set_task_blockstep(current, false);
 716
 717         if (auprobe->ops->pre_xol)
 718                 return auprobe->ops->pre_xol(auprobe, regs);
 719         return 0;
 720 }
 721
 722 /*
 723  * If xol insn itself traps and generates a signal(Say,
 724  * SIGILL/SIGSEGV/etc), then detect the case where a singlestepped
 725  * instruction jumps back to its own address. It is assumed that anything
 726  * like do_page_fault/do_trap/etc sets thread.trap_nr != -1.
 727  *
 728  * arch_uprobe_pre_xol/arch_uprobe_post_xol save/restore thread.trap_nr,
 729  * arch_uprobe_xol_was_trapped() simply checks that ->trap_nr is not equal to
 730  * UPROBE_TRAP_NR == -1 set by arch_uprobe_pre_xol().
 731  */
 732 bool arch_uprobe_xol_was_trapped(struct task_struct *t)
 733 {
 734         if (t->thread.trap_nr != UPROBE_TRAP_NR)
 735                 return true;
 736
 737         return false;
 738 }
 739
 740 /*
 741  * Called after single-stepping. To avoid the SMP problems that can
 742  * occur when we temporarily put back the original opcode to
 743  * single-step, we single-stepped a copy of the instruction.
 744  *
 745  * This function prepares to resume execution after the single-step.
 746  * We have to fix things up as follows:
 747  *
 748  * Typically, the new ip is relative to the copied instruction.  We need
 749  * to make it relative to the original instruction (FIX_IP).  Exceptions
 750  * are return instructions and absolute or indirect jump or call instructions.
 751  *
 752  * If the single-stepped instruction was a call, the return address that
 753  * is atop the stack is the address following the copied instruction.  We
 754  * need to make it the address following the original instruction (FIX_CALL).
 755  *
 756  * If the original instruction was a rip-relative instruction such as
 757  * "movl %edx,0xnnnn(%rip)", we have instead executed an equivalent
 758  * instruction using a scratch register -- e.g., "movl %edx,(%rax)".
 759  * We need to restore the contents of the scratch register and adjust
 760  * the ip, keeping in mind that the instruction we executed is 4 bytes
 761  * shorter than the original instruction (since we squeezed out the offset
 762  * field).  (FIX_RIP_AX or FIX_RIP_CX)
 763  */
 764 int arch_uprobe_post_xol(struct arch_uprobe *auprobe, struct pt_regs *regs)
 765 {
 766         struct uprobe_task *utask = current->utask;
 767
 768         WARN_ON_ONCE(current->thread.trap_nr != UPROBE_TRAP_NR);
 769
 770         if (auprobe->ops->post_xol) {
 771                 int err = auprobe->ops->post_xol(auprobe, regs);
 772                 if (err) {
 773                         arch_uprobe_abort_xol(auprobe, regs);
 774                         /*
 775                          * Restart the probed insn. ->post_xol() must ensure
 776                          * this is really possible if it returns -ERESTART.
 777                          */
 778                         if (err == -ERESTART)
 779                                 return 0;
 780                         return err;
 781                 }
 782         }
 783
 784         current->thread.trap_nr = utask->autask.saved_trap_nr;
 785         /*
 786          * arch_uprobe_pre_xol() doesn't save the state of TIF_BLOCKSTEP
 787          * so we can get an extra SIGTRAP if we do not clear TF. We need
 788          * to examine the opcode to make it right.
 789          */
 790         if (utask->autask.saved_tf)
 791                 send_sig(SIGTRAP, current, 0);
 792         else if (!(auprobe->fixups & UPROBE_FIX_SETF))
 793                 regs->flags &= ~X86_EFLAGS_TF;
 794
 795         return 0;
 796 }
 797
 798 /* callback routine for handling exceptions. */
 799 int arch_uprobe_exception_notify(struct notifier_block *self, unsigned long val, void *data)
 800 {
 801         struct die_args *args = data;
 802         struct pt_regs *regs = args->regs;
 803         int ret = NOTIFY_DONE;
 804
 805         /* We are only interested in userspace traps */
 806         if (regs && !user_mode_vm(regs))
 807                 return NOTIFY_DONE;
 808
 809         switch (val) {
 810         case DIE_INT3:
 811                 if (uprobe_pre_sstep_notifier(regs))
 812                         ret = NOTIFY_STOP;
 813
 814                 break;
 815
 816         case DIE_DEBUG:
 817                 if (uprobe_post_sstep_notifier(regs))
 818                         ret = NOTIFY_STOP;
 819
 820         default:
 821                 break;
 822         }
 823
 824         return ret;
 825 }
 826
 827 /*
 828  * This function gets called when XOL instruction either gets trapped or
 829  * the thread has a fatal signal, or if arch_uprobe_post_xol() failed.
 830  * Reset the instruction pointer to its probed address for the potential
 831  * restart or for post mortem analysis.
 832  */
 833 void arch_uprobe_abort_xol(struct arch_uprobe *auprobe, struct pt_regs *regs)
 834 {
 835         struct uprobe_task *utask = current->utask;
 836
 837         current->thread.trap_nr = utask->autask.saved_trap_nr;
 838         handle_riprel_post_xol(auprobe, regs, NULL);
 839         instruction_pointer_set(regs, utask->vaddr);
 840
 841         /* clear TF if it was set by us in arch_uprobe_pre_xol() */
 842         if (!utask->autask.saved_tf)
 843                 regs->flags &= ~X86_EFLAGS_TF;
 844 }
 845
 846 static bool __skip_sstep(struct arch_uprobe *auprobe, struct pt_regs *regs)
 847 {
 848         if (auprobe->ops->emulate)
 849                 return auprobe->ops->emulate(auprobe, regs);
 850         return false;
 851 }
 852
 853 bool arch_uprobe_skip_sstep(struct arch_uprobe *auprobe, struct pt_regs *regs)
 854 {
 855         bool ret = __skip_sstep(auprobe, regs);
 856         if (ret && (regs->flags & X86_EFLAGS_TF))
 857                 send_sig(SIGTRAP, current, 0);
 858         return ret;
 859 }
 860
 861 unsigned long
 862 arch_uretprobe_hijack_return_addr(unsigned long trampoline_vaddr, struct pt_regs *regs)
 863 {
 864         int rasize = sizeof_long(), nleft;
 865         unsigned long orig_ret_vaddr = 0; /* clear high bits for 32-bit apps */
 866
 867         if (copy_from_user(&orig_ret_vaddr, (void __user *)regs->sp, rasize))
 868                 return -1;
 869
 870         /* check whether address has been already hijacked */
 871         if (orig_ret_vaddr == trampoline_vaddr)
 872                 return orig_ret_vaddr;
 873
 874         nleft = copy_to_user((void __user *)regs->sp, &trampoline_vaddr, rasize);
 875         if (likely(!nleft))
 876                 return orig_ret_vaddr;
 877
 878         if (nleft != rasize) {
 879                 pr_err("uprobe: return address clobbered: pid=%d, %%sp=%#lx, "
 880                         "%%ip=%#lx\n", current->pid, regs->sp, regs->ip);
 881
 882                 force_sig_info(SIGSEGV, SEND_SIG_FORCED, current);
 883         }
 884
 885         return -1;
 886 }