arch/powerpc/kernel/kprobes.c

   1 /*
   2  *  Kernel Probes (KProbes)
   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, 2002, 2004
  19  *
  20  * 2002-Oct     Created by Vamsi Krishna S <vamsi_krishna@in.ibm.com> Kernel
  21  *              Probes initial implementation ( includes contributions from
  22  *              Rusty Russell).
  23  * 2004-July    Suparna Bhattacharya <suparna@in.ibm.com> added jumper probes
  24  *              interface to access function arguments.
  25  * 2004-Nov     Ananth N Mavinakayanahalli <ananth@in.ibm.com> kprobes port
  26  *              for PPC64
  27  */
  28
  29 #include <linux/kprobes.h>
  30 #include <linux/ptrace.h>
  31 #include <linux/preempt.h>
  32 #include <linux/module.h>
  33 #include <linux/kdebug.h>
  34 #include <asm/cacheflush.h>
  35 #include <asm/sstep.h>
  36 #include <asm/uaccess.h>
  37 #include <asm/system.h>
  38
  39 #ifdef CONFIG_BOOKE
  40 #define MSR_SINGLESTEP  (MSR_DE)
  41 #else
  42 #define MSR_SINGLESTEP  (MSR_SE)
  43 #endif
  44
  45 DEFINE_PER_CPU(struct kprobe *, current_kprobe) = NULL;
  46 DEFINE_PER_CPU(struct kprobe_ctlblk, kprobe_ctlblk);
  47
  48 struct kretprobe_blackpoint kretprobe_blacklist[] = {{NULL, NULL}};
  49
  50 int __kprobes arch_prepare_kprobe(struct kprobe *p)
  51 {
  52         int ret = 0;
  53         kprobe_opcode_t insn = *p->addr;
  54
  55         if ((unsigned long)p->addr & 0x03) {
  56                 printk("Attempt to register kprobe at an unaligned address\n");
  57                 ret = -EINVAL;
  58         } else if (IS_MTMSRD(insn) || IS_RFID(insn) || IS_RFI(insn)) {
  59                 printk("Cannot register a kprobe on rfi/rfid or mtmsr[d]\n");
  60                 ret = -EINVAL;
  61         }
  62
  63         /* insn must be on a special executable page on ppc64.  This is
  64          * not explicitly required on ppc32 (right now), but it doesn't hurt */
  65         if (!ret) {
  66                 p->ainsn.insn = get_insn_slot();
  67                 if (!p->ainsn.insn)
  68                         ret = -ENOMEM;
  69         }
  70
  71         if (!ret) {
  72                 memcpy(p->ainsn.insn, p->addr,
  73                                 MAX_INSN_SIZE * sizeof(kprobe_opcode_t));
  74                 p->opcode = *p->addr;
  75                 flush_icache_range((unsigned long)p->ainsn.insn,
  76                         (unsigned long)p->ainsn.insn + sizeof(kprobe_opcode_t));
  77         }
  78
  79         p->ainsn.boostable = 0;
  80         return ret;
  81 }
  82
  83 void __kprobes arch_arm_kprobe(struct kprobe *p)
  84 {
  85         *p->addr = BREAKPOINT_INSTRUCTION;
  86         flush_icache_range((unsigned long) p->addr,
  87                            (unsigned long) p->addr + sizeof(kprobe_opcode_t));
  88 }
  89
  90 void __kprobes arch_disarm_kprobe(struct kprobe *p)
  91 {
  92         *p->addr = p->opcode;
  93         flush_icache_range((unsigned long) p->addr,
  94                            (unsigned long) p->addr + sizeof(kprobe_opcode_t));
  95 }
  96
  97 void __kprobes arch_remove_kprobe(struct kprobe *p)
  98 {
  99         mutex_lock(&kprobe_mutex);
 100         free_insn_slot(p->ainsn.insn, 0);
 101         mutex_unlock(&kprobe_mutex);
 102 }
 103
 104 static void __kprobes prepare_singlestep(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs)
 105 {
 106         /* We turn off async exceptions to ensure that the single step will
 107          * be for the instruction we have the kprobe on, if we dont its
 108          * possible we'd get the single step reported for an exception handler
 109          * like Decrementer or External Interrupt */
 110         regs->msr &= ~MSR_EE;
 111         regs->msr |= MSR_SINGLESTEP;
 112 #ifdef CONFIG_BOOKE
 113         regs->msr &= ~MSR_CE;
 114         mtspr(SPRN_DBCR0, mfspr(SPRN_DBCR0) | DBCR0_IC | DBCR0_IDM);
 115 #endif
 116
 117         /*
 118          * On powerpc we should single step on the original
 119          * instruction even if the probed insn is a trap
 120          * variant as values in regs could play a part in
 121          * if the trap is taken or not
 122          */
 123         regs->nip = (unsigned long)p->ainsn.insn;
 124 }
 125
 126 static void __kprobes save_previous_kprobe(struct kprobe_ctlblk *kcb)
 127 {
 128         kcb->prev_kprobe.kp = kprobe_running();
 129         kcb->prev_kprobe.status = kcb->kprobe_status;
 130         kcb->prev_kprobe.saved_msr = kcb->kprobe_saved_msr;
 131 }
 132
 133 static void __kprobes restore_previous_kprobe(struct kprobe_ctlblk *kcb)
 134 {
 135         __get_cpu_var(current_kprobe) = kcb->prev_kprobe.kp;
 136         kcb->kprobe_status = kcb->prev_kprobe.status;
 137         kcb->kprobe_saved_msr = kcb->prev_kprobe.saved_msr;
 138 }
 139
 140 static void __kprobes set_current_kprobe(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs,
 141                                 struct kprobe_ctlblk *kcb)
 142 {
 143         __get_cpu_var(current_kprobe) = p;
 144         kcb->kprobe_saved_msr = regs->msr;
 145 }
 146
 147 /* Called with kretprobe_lock held */
 148 void __kprobes arch_prepare_kretprobe(struct kretprobe_instance *ri,
 149                                       struct pt_regs *regs)
 150 {
 151         ri->ret_addr = (kprobe_opcode_t *)regs->link;
 152
 153         /* Replace the return addr with trampoline addr */
 154         regs->link = (unsigned long)kretprobe_trampoline;
 155 }
 156
 157 static int __kprobes kprobe_handler(struct pt_regs *regs)
 158 {
 159         struct kprobe *p;
 160         int ret = 0;
 161         unsigned int *addr = (unsigned int *)regs->nip;
 162         struct kprobe_ctlblk *kcb;
 163
 164         /*
 165          * We don't want to be preempted for the entire
 166          * duration of kprobe processing
 167          */
 168         preempt_disable();
 169         kcb = get_kprobe_ctlblk();
 170
 171         /* Check we're not actually recursing */
 172         if (kprobe_running()) {
 173                 p = get_kprobe(addr);
 174                 if (p) {
 175                         kprobe_opcode_t insn = *p->ainsn.insn;
 176                         if (kcb->kprobe_status == KPROBE_HIT_SS &&
 177                                         is_trap(insn)) {
 178                                 /* Turn off 'trace' bits */
 179                                 regs->msr &= ~MSR_SINGLESTEP;
 180                                 regs->msr |= kcb->kprobe_saved_msr;
 181                                 goto no_kprobe;
 182                         }
 183                         /* We have reentered the kprobe_handler(), since
 184                          * another probe was hit while within the handler.
 185                          * We here save the original kprobes variables and
 186                          * just single step on the instruction of the new probe
 187                          * without calling any user handlers.
 188                          */
 189                         save_previous_kprobe(kcb);
 190                         set_current_kprobe(p, regs, kcb);
 191                         kcb->kprobe_saved_msr = regs->msr;
 192                         kprobes_inc_nmissed_count(p);
 193                         prepare_singlestep(p, regs);
 194                         kcb->kprobe_status = KPROBE_REENTER;
 195                         return 1;
 196                 } else {
 197                         if (*addr != BREAKPOINT_INSTRUCTION) {
 198                                 /* If trap variant, then it belongs not to us */
 199                                 kprobe_opcode_t cur_insn = *addr;
 200                                 if (is_trap(cur_insn))
 201                                         goto no_kprobe;
 202                                 /* The breakpoint instruction was removed by
 203                                  * another cpu right after we hit, no further
 204                                  * handling of this interrupt is appropriate
 205                                  */
 206                                 ret = 1;
 207                                 goto no_kprobe;
 208                         }
 209                         p = __get_cpu_var(current_kprobe);
 210                         if (p->break_handler && p->break_handler(p, regs)) {
 211                                 goto ss_probe;
 212                         }
 213                 }
 214                 goto no_kprobe;
 215         }
 216
 217         p = get_kprobe(addr);
 218         if (!p) {
 219                 if (*addr != BREAKPOINT_INSTRUCTION) {
 220                         /*
 221                          * PowerPC has multiple variants of the "trap"
 222                          * instruction. If the current instruction is a
 223                          * trap variant, it could belong to someone else
 224                          */
 225                         kprobe_opcode_t cur_insn = *addr;
 226                         if (is_trap(cur_insn))
 227                                 goto no_kprobe;
 228                         /*
 229                          * The breakpoint instruction was removed right
 230                          * after we hit it.  Another cpu has removed
 231                          * either a probepoint or a debugger breakpoint
 232                          * at this address.  In either case, no further
 233                          * handling of this interrupt is appropriate.
 234                          */
 235                         ret = 1;
 236                 }
 237                 /* Not one of ours: let kernel handle it */
 238                 goto no_kprobe;
 239         }
 240
 241         kcb->kprobe_status = KPROBE_HIT_ACTIVE;
 242         set_current_kprobe(p, regs, kcb);
 243         if (p->pre_handler && p->pre_handler(p, regs))
 244                 /* handler has already set things up, so skip ss setup */
 245                 return 1;
 246
 247 ss_probe:
 248         if (p->ainsn.boostable >= 0) {
 249                 unsigned int insn = *p->ainsn.insn;
 250
 251                 /* regs->nip is also adjusted if emulate_step returns 1 */
 252                 ret = emulate_step(regs, insn);
 253                 if (ret > 0) {
 254                         /*
 255                          * Once this instruction has been boosted
 256                          * successfully, set the boostable flag
 257                          */
 258                         if (unlikely(p->ainsn.boostable == 0))
 259                                 p->ainsn.boostable = 1;
 260
 261                         if (p->post_handler)
 262                                 p->post_handler(p, regs, 0);
 263
 264                         kcb->kprobe_status = KPROBE_HIT_SSDONE;
 265                         reset_current_kprobe();
 266                         preempt_enable_no_resched();
 267                         return 1;
 268                 } else if (ret < 0) {
 269                         /*
 270                          * We don't allow kprobes on mtmsr(d)/rfi(d), etc.
 271                          * So, we should never get here... but, its still
 272                          * good to catch them, just in case...
 273                          */
 274                         printk("Can't step on instruction %x\n", insn);
 275                         BUG();
 276                 } else if (ret == 0)
 277                         /* This instruction can't be boosted */
 278                         p->ainsn.boostable = -1;
 279         }
 280         prepare_singlestep(p, regs);
 281         kcb->kprobe_status = KPROBE_HIT_SS;
 282         return 1;
 283
 284 no_kprobe:
 285         preempt_enable_no_resched();
 286         return ret;
 287 }
 288
 289 /*
 290  * Function return probe trampoline:
 291  *      - init_kprobes() establishes a probepoint here
 292  *      - When the probed function returns, this probe
 293  *              causes the handlers to fire
 294  */
 295 static void __used kretprobe_trampoline_holder(void)
 296 {
 297         asm volatile(".global kretprobe_trampoline\n"
 298                         "kretprobe_trampoline:\n"
 299                         "nop\n");
 300 }
 301
 302 /*
 303  * Called when the probe at kretprobe trampoline is hit
 304  */
 305 static int __kprobes trampoline_probe_handler(struct kprobe *p,
 306                                                 struct pt_regs *regs)
 307 {
 308         struct kretprobe_instance *ri = NULL;
 309         struct hlist_head *head, empty_rp;
 310         struct hlist_node *node, *tmp;
 311         unsigned long flags, orig_ret_address = 0;
 312         unsigned long trampoline_address =(unsigned long)&kretprobe_trampoline;
 313
 314         INIT_HLIST_HEAD(&empty_rp);
 315         spin_lock_irqsave(&kretprobe_lock, flags);
 316         head = kretprobe_inst_table_head(current);
 317
 318         /*
 319          * It is possible to have multiple instances associated with a given
 320          * task either because an multiple functions in the call path
 321          * have a return probe installed on them, and/or more then one return
 322          * return probe was registered for a target function.
 323          *
 324          * We can handle this because:
 325          *     - instances are always inserted at the head of the list
 326          *     - when multiple return probes are registered for the same
 327          *       function, the first instance's ret_addr will point to the
 328          *       real return address, and all the rest will point to
 329          *       kretprobe_trampoline
 330          */
 331         hlist_for_each_entry_safe(ri, node, tmp, head, hlist) {
 332                 if (ri->task != current)
 333                         /* another task is sharing our hash bucket */
 334                         continue;
 335
 336                 if (ri->rp && ri->rp->handler)
 337                         ri->rp->handler(ri, regs);
 338
 339                 orig_ret_address = (unsigned long)ri->ret_addr;
 340                 recycle_rp_inst(ri, &empty_rp);
 341
 342                 if (orig_ret_address != trampoline_address)
 343                         /*
 344                          * This is the real return address. Any other
 345                          * instances associated with this task are for
 346                          * other calls deeper on the call stack
 347                          */
 348                         break;
 349         }
 350
 351         kretprobe_assert(ri, orig_ret_address, trampoline_address);
 352         regs->nip = orig_ret_address;
 353
 354         reset_current_kprobe();
 355         spin_unlock_irqrestore(&kretprobe_lock, flags);
 356         preempt_enable_no_resched();
 357
 358         hlist_for_each_entry_safe(ri, node, tmp, &empty_rp, hlist) {
 359                 hlist_del(&ri->hlist);
 360                 kfree(ri);
 361         }
 362         /*
 363          * By returning a non-zero value, we are telling
 364          * kprobe_handler() that we don't want the post_handler
 365          * to run (and have re-enabled preemption)
 366          */
 367         return 1;
 368 }
 369
 370 /*
 371  * Called after single-stepping.  p->addr is the address of the
 372  * instruction whose first byte has been replaced by the "breakpoint"
 373  * instruction.  To avoid the SMP problems that can occur when we
 374  * temporarily put back the original opcode to single-step, we
 375  * single-stepped a copy of the instruction.  The address of this
 376  * copy is p->ainsn.insn.
 377  */
 378 static void __kprobes resume_execution(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs)
 379 {
 380         int ret;
 381         unsigned int insn = *p->ainsn.insn;
 382
 383         regs->nip = (unsigned long)p->addr;
 384         ret = emulate_step(regs, insn);
 385         if (ret == 0)
 386                 regs->nip = (unsigned long)p->addr + 4;
 387 }
 388
 389 static int __kprobes post_kprobe_handler(struct pt_regs *regs)
 390 {
 391         struct kprobe *cur = kprobe_running();
 392         struct kprobe_ctlblk *kcb = get_kprobe_ctlblk();
 393
 394         if (!cur)
 395                 return 0;
 396
 397         /* make sure we got here for instruction we have a kprobe on */
 398         if (((unsigned long)cur->ainsn.insn + 4) != regs->nip)
 399                 return 0;
 400
 401         if ((kcb->kprobe_status != KPROBE_REENTER) && cur->post_handler) {
 402                 kcb->kprobe_status = KPROBE_HIT_SSDONE;
 403                 cur->post_handler(cur, regs, 0);
 404         }
 405
 406         resume_execution(cur, regs);
 407         regs->msr |= kcb->kprobe_saved_msr;
 408
 409         /*Restore back the original saved kprobes variables and continue. */
 410         if (kcb->kprobe_status == KPROBE_REENTER) {
 411                 restore_previous_kprobe(kcb);
 412                 goto out;
 413         }
 414         reset_current_kprobe();
 415 out:
 416         preempt_enable_no_resched();
 417
 418         /*
 419          * if somebody else is singlestepping across a probe point, msr
 420          * will have DE/SE set, in which case, continue the remaining processing
 421          * of do_debug, as if this is not a probe hit.
 422          */
 423         if (regs->msr & MSR_SINGLESTEP)
 424                 return 0;
 425
 426         return 1;
 427 }
 428
 429 int __kprobes kprobe_fault_handler(struct pt_regs *regs, int trapnr)
 430 {
 431         struct kprobe *cur = kprobe_running();
 432         struct kprobe_ctlblk *kcb = get_kprobe_ctlblk();
 433         const struct exception_table_entry *entry;
 434
 435         switch(kcb->kprobe_status) {
 436         case KPROBE_HIT_SS:
 437         case KPROBE_REENTER:
 438                 /*
 439                  * We are here because the instruction being single
 440                  * stepped caused a page fault. We reset the current
 441                  * kprobe and the nip points back to the probe address
 442                  * and allow the page fault handler to continue as a
 443                  * normal page fault.
 444                  */
 445                 regs->nip = (unsigned long)cur->addr;
 446                 regs->msr &= ~MSR_SINGLESTEP; /* Turn off 'trace' bits */
 447                 regs->msr |= kcb->kprobe_saved_msr;
 448                 if (kcb->kprobe_status == KPROBE_REENTER)
 449                         restore_previous_kprobe(kcb);
 450                 else
 451                         reset_current_kprobe();
 452                 preempt_enable_no_resched();
 453                 break;
 454         case KPROBE_HIT_ACTIVE:
 455         case KPROBE_HIT_SSDONE:
 456                 /*
 457                  * We increment the nmissed count for accounting,
 458                  * we can also use npre/npostfault count for accouting
 459                  * these specific fault cases.
 460                  */
 461                 kprobes_inc_nmissed_count(cur);
 462
 463                 /*
 464                  * We come here because instructions in the pre/post
 465                  * handler caused the page_fault, this could happen
 466                  * if handler tries to access user space by
 467                  * copy_from_user(), get_user() etc. Let the
 468                  * user-specified handler try to fix it first.
 469                  */
 470                 if (cur->fault_handler && cur->fault_handler(cur, regs, trapnr))
 471                         return 1;
 472
 473                 /*
 474                  * In case the user-specified fault handler returned
 475                  * zero, try to fix up.
 476                  */
 477                 if ((entry = search_exception_tables(regs->nip)) != NULL) {
 478                         regs->nip = entry->fixup;
 479                         return 1;
 480                 }
 481
 482                 /*
 483                  * fixup_exception() could not handle it,
 484                  * Let do_page_fault() fix it.
 485                  */
 486                 break;
 487         default:
 488                 break;
 489         }
 490         return 0;
 491 }
 492
 493 /*
 494  * Wrapper routine to for handling exceptions.
 495  */
 496 int __kprobes kprobe_exceptions_notify(struct notifier_block *self,
 497                                        unsigned long val, void *data)
 498 {
 499         struct die_args *args = (struct die_args *)data;
 500         int ret = NOTIFY_DONE;
 501
 502         if (args->regs && user_mode(args->regs))
 503                 return ret;
 504
 505         switch (val) {
 506         case DIE_BPT:
 507                 if (kprobe_handler(args->regs))
 508                         ret = NOTIFY_STOP;
 509                 break;
 510         case DIE_SSTEP:
 511                 if (post_kprobe_handler(args->regs))
 512                         ret = NOTIFY_STOP;
 513                 break;
 514         default:
 515                 break;
 516         }
 517         return ret;
 518 }
 519
 520 #ifdef CONFIG_PPC64
 521 unsigned long arch_deref_entry_point(void *entry)
 522 {
 523         return ((func_descr_t *)entry)->entry;
 524 }
 525 #endif
 526
 527 int __kprobes setjmp_pre_handler(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs)
 528 {
 529         struct jprobe *jp = container_of(p, struct jprobe, kp);
 530         struct kprobe_ctlblk *kcb = get_kprobe_ctlblk();
 531
 532         memcpy(&kcb->jprobe_saved_regs, regs, sizeof(struct pt_regs));
 533
 534         /* setup return addr to the jprobe handler routine */
 535         regs->nip = arch_deref_entry_point(jp->entry);
 536 #ifdef CONFIG_PPC64
 537         regs->gpr[2] = (unsigned long)(((func_descr_t *)jp->entry)->toc);
 538 #endif
 539
 540         return 1;
 541 }
 542
 543 void __used __kprobes jprobe_return(void)
 544 {
 545         asm volatile("trap" ::: "memory");
 546 }
 547
 548 static void __used __kprobes jprobe_return_end(void)
 549 {
 550 };
 551
 552 int __kprobes longjmp_break_handler(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs)
 553 {
 554         struct kprobe_ctlblk *kcb = get_kprobe_ctlblk();
 555
 556         /*
 557          * FIXME - we should ideally be validating that we got here 'cos
 558          * of the "trap" in jprobe_return() above, before restoring the
 559          * saved regs...
 560          */
 561         memcpy(regs, &kcb->jprobe_saved_regs, sizeof(struct pt_regs));
 562         preempt_enable_no_resched();
 563         return 1;
 564 }
 565
 566 static struct kprobe trampoline_p = {
 567         .addr = (kprobe_opcode_t *) &kretprobe_trampoline,
 568         .pre_handler = trampoline_probe_handler
 569 };
 570
 571 int __init arch_init_kprobes(void)
 572 {
 573         return register_kprobe(&trampoline_p);
 574 }
 575
 576 int __kprobes arch_trampoline_kprobe(struct kprobe *p)
 577 {
 578         if (p->addr == (kprobe_opcode_t *)&kretprobe_trampoline)
 579                 return 1;
 580
 581         return 0;
 582 }