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