arch/x86/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-Oct     Jim Keniston <jkenisto@us.ibm.com> and Prasanna S Panchamukhi
  26  *              <prasanna@in.ibm.com> adapted for x86_64 from i386.
  27  * 2005-Mar     Roland McGrath <roland@redhat.com>
  28  *              Fixed to handle %rip-relative addressing mode correctly.
  29  * 2005-May     Hien Nguyen <hien@us.ibm.com>, Jim Keniston
  30  *              <jkenisto@us.ibm.com> and Prasanna S Panchamukhi
  31  *              <prasanna@in.ibm.com> added function-return probes.
  32  * 2005-May     Rusty Lynch <rusty.lynch@intel.com>
  33  *              Added function return probes functionality
  34  * 2006-Feb     Masami Hiramatsu <hiramatu@sdl.hitachi.co.jp> added
  35  *              kprobe-booster and kretprobe-booster for i386.
  36  * 2007-Dec     Masami Hiramatsu <mhiramat@redhat.com> added kprobe-booster
  37  *              and kretprobe-booster for x86-64
  38  * 2007-Dec     Masami Hiramatsu <mhiramat@redhat.com>, Arjan van de Ven
  39  *              <arjan@infradead.org> and Jim Keniston <jkenisto@us.ibm.com>
  40  *              unified x86 kprobes code.
  41  */
  42
  43 #include <linux/kprobes.h>
  44 #include <linux/ptrace.h>
  45 #include <linux/string.h>
  46 #include <linux/slab.h>
  47 #include <linux/hardirq.h>
  48 #include <linux/preempt.h>
  49 #include <linux/module.h>
  50 #include <linux/kdebug.h>
  51 #include <linux/kallsyms.h>
  52
  53 #include <asm/cacheflush.h>
  54 #include <asm/desc.h>
  55 #include <asm/pgtable.h>
  56 #include <asm/uaccess.h>
  57 #include <asm/alternative.h>
  58 #include <asm/insn.h>
  59
  60 void jprobe_return_end(void);
  61
  62 DEFINE_PER_CPU(struct kprobe *, current_kprobe) = NULL;
  63 DEFINE_PER_CPU(struct kprobe_ctlblk, kprobe_ctlblk);
  64
  65 #ifdef CONFIG_X86_64
  66 #define stack_addr(regs) ((unsigned long *)regs->sp)
  67 #else
  68 /*
  69  * "&regs->sp" looks wrong, but it's correct for x86_32.  x86_32 CPUs
  70  * don't save the ss and esp registers if the CPU is already in kernel
  71  * mode when it traps.  So for kprobes, regs->sp and regs->ss are not
  72  * the [nonexistent] saved stack pointer and ss register, but rather
  73  * the top 8 bytes of the pre-int3 stack.  So &regs->sp happens to
  74  * point to the top of the pre-int3 stack.
  75  */
  76 #define stack_addr(regs) ((unsigned long *)&regs->sp)
  77 #endif
  78
  79 #define W(row, b0, b1, b2, b3, b4, b5, b6, b7, b8, b9, ba, bb, bc, bd, be, bf)\
  80         (((b0##UL << 0x0)|(b1##UL << 0x1)|(b2##UL << 0x2)|(b3##UL << 0x3) |   \
  81           (b4##UL << 0x4)|(b5##UL << 0x5)|(b6##UL << 0x6)|(b7##UL << 0x7) |   \
  82           (b8##UL << 0x8)|(b9##UL << 0x9)|(ba##UL << 0xa)|(bb##UL << 0xb) |   \
  83           (bc##UL << 0xc)|(bd##UL << 0xd)|(be##UL << 0xe)|(bf##UL << 0xf))    \
  84          << (row % 32))
  85         /*
  86          * Undefined/reserved opcodes, conditional jump, Opcode Extension
  87          * Groups, and some special opcodes can not boost.
  88          */
  89 static const u32 twobyte_is_boostable[256 / 32] = {
  90         /*      0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f          */
  91         /*      ----------------------------------------------          */
  92         W(0x00, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0) | /* 00 */
  93         W(0x10, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0) , /* 10 */
  94         W(0x20, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0) | /* 20 */
  95         W(0x30, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0) , /* 30 */
  96         W(0x40, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) | /* 40 */
  97         W(0x50, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0) , /* 50 */
  98         W(0x60, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1) | /* 60 */
  99         W(0x70, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1) , /* 70 */
 100         W(0x80, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0) | /* 80 */
 101         W(0x90, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) , /* 90 */
 102         W(0xa0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 1) | /* a0 */
 103         W(0xb0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1) , /* b0 */
 104         W(0xc0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) | /* c0 */
 105         W(0xd0, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 1) , /* d0 */
 106         W(0xe0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 1) | /* e0 */
 107         W(0xf0, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0)   /* f0 */
 108         /*      -----------------------------------------------         */
 109         /*      0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f          */
 110 };
 111 #undef W
 112
 113 struct kretprobe_blackpoint kretprobe_blacklist[] = {
 114         {"__switch_to", }, /* This function switches only current task, but
 115                               doesn't switch kernel stack.*/
 116         {NULL, NULL}    /* Terminator */
 117 };
 118 const int kretprobe_blacklist_size = ARRAY_SIZE(kretprobe_blacklist);
 119
 120 /* Insert a jump instruction at address 'from', which jumps to address 'to'.*/
 121 static void __kprobes set_jmp_op(void *from, void *to)
 122 {
 123         struct __arch_jmp_op {
 124                 char op;
 125                 s32 raddr;
 126         } __attribute__((packed)) * jop;
 127         jop = (struct __arch_jmp_op *)from;
 128         jop->raddr = (s32)((long)(to) - ((long)(from) + 5));
 129         jop->op = RELATIVEJUMP_INSTRUCTION;
 130 }
 131
 132 /*
 133  * Check for the REX prefix which can only exist on X86_64
 134  * X86_32 always returns 0
 135  */
 136 static int __kprobes is_REX_prefix(kprobe_opcode_t *insn)
 137 {
 138 #ifdef CONFIG_X86_64
 139         if ((*insn & 0xf0) == 0x40)
 140                 return 1;
 141 #endif
 142         return 0;
 143 }
 144
 145 /*
 146  * Returns non-zero if opcode is boostable.
 147  * RIP relative instructions are adjusted at copying time in 64 bits mode
 148  */
 149 static int __kprobes can_boost(kprobe_opcode_t *opcodes)
 150 {
 151         kprobe_opcode_t opcode;
 152         kprobe_opcode_t *orig_opcodes = opcodes;
 153
 154         if (search_exception_tables((unsigned long)opcodes))
 155                 return 0;       /* Page fault may occur on this address. */
 156
 157 retry:
 158         if (opcodes - orig_opcodes > MAX_INSN_SIZE - 1)
 159                 return 0;
 160         opcode = *(opcodes++);
 161
 162         /* 2nd-byte opcode */
 163         if (opcode == 0x0f) {
 164                 if (opcodes - orig_opcodes > MAX_INSN_SIZE - 1)
 165                         return 0;
 166                 return test_bit(*opcodes,
 167                                 (unsigned long *)twobyte_is_boostable);
 168         }
 169
 170         switch (opcode & 0xf0) {
 171 #ifdef CONFIG_X86_64
 172         case 0x40:
 173                 goto retry; /* REX prefix is boostable */
 174 #endif
 175         case 0x60:
 176                 if (0x63 < opcode && opcode < 0x67)
 177                         goto retry; /* prefixes */
 178                 /* can't boost Address-size override and bound */
 179                 return (opcode != 0x62 && opcode != 0x67);
 180         case 0x70:
 181                 return 0; /* can't boost conditional jump */
 182         case 0xc0:
 183                 /* can't boost software-interruptions */
 184                 return (0xc1 < opcode && opcode < 0xcc) || opcode == 0xcf;
 185         case 0xd0:
 186                 /* can boost AA* and XLAT */
 187                 return (opcode == 0xd4 || opcode == 0xd5 || opcode == 0xd7);
 188         case 0xe0:
 189                 /* can boost in/out and absolute jmps */
 190                 return ((opcode & 0x04) || opcode == 0xea);
 191         case 0xf0:
 192                 if ((opcode & 0x0c) == 0 && opcode != 0xf1)
 193                         goto retry; /* lock/rep(ne) prefix */
 194                 /* clear and set flags are boostable */
 195                 return (opcode == 0xf5 || (0xf7 < opcode && opcode < 0xfe));
 196         default:
 197                 /* segment override prefixes are boostable */
 198                 if (opcode == 0x26 || opcode == 0x36 || opcode == 0x3e)
 199                         goto retry; /* prefixes */
 200                 /* CS override prefix and call are not boostable */
 201                 return (opcode != 0x2e && opcode != 0x9a);
 202         }
 203 }
 204
 205 /* Recover the probed instruction at addr for further analysis. */
 206 static int recover_probed_instruction(kprobe_opcode_t *buf, unsigned long addr)
 207 {
 208         struct kprobe *kp;
 209         kp = get_kprobe((void *)addr);
 210         if (!kp)
 211                 return -EINVAL;
 212
 213         /*
 214          *  Basically, kp->ainsn.insn has an original instruction.
 215          *  However, RIP-relative instruction can not do single-stepping
 216          *  at different place, fix_riprel() tweaks the displacement of
 217          *  that instruction. In that case, we can't recover the instruction
 218          *  from the kp->ainsn.insn.
 219          *
 220          *  On the other hand, kp->opcode has a copy of the first byte of
 221          *  the probed instruction, which is overwritten by int3. And
 222          *  the instruction at kp->addr is not modified by kprobes except
 223          *  for the first byte, we can recover the original instruction
 224          *  from it and kp->opcode.
 225          */
 226         memcpy(buf, kp->addr, MAX_INSN_SIZE * sizeof(kprobe_opcode_t));
 227         buf[0] = kp->opcode;
 228         return 0;
 229 }
 230
 231 /* Dummy buffers for kallsyms_lookup */
 232 static char __dummy_buf[KSYM_NAME_LEN];
 233
 234 /* Check if paddr is at an instruction boundary */
 235 static int __kprobes can_probe(unsigned long paddr)
 236 {
 237         int ret;
 238         unsigned long addr, offset = 0;
 239         struct insn insn;
 240         kprobe_opcode_t buf[MAX_INSN_SIZE];
 241
 242         if (!kallsyms_lookup(paddr, NULL, &offset, NULL, __dummy_buf))
 243                 return 0;
 244
 245         /* Decode instructions */
 246         addr = paddr - offset;
 247         while (addr < paddr) {
 248                 kernel_insn_init(&insn, (void *)addr);
 249                 insn_get_opcode(&insn);
 250
 251                 /*
 252                  * Check if the instruction has been modified by another
 253                  * kprobe, in which case we replace the breakpoint by the
 254                  * original instruction in our buffer.
 255                  */
 256                 if (insn.opcode.bytes[0] == BREAKPOINT_INSTRUCTION) {
 257                         ret = recover_probed_instruction(buf, addr);
 258                         if (ret)
 259                                 /*
 260                                  * Another debugging subsystem might insert
 261                                  * this breakpoint. In that case, we can't
 262                                  * recover it.
 263                                  */
 264                                 return 0;
 265                         kernel_insn_init(&insn, buf);
 266                 }
 267                 insn_get_length(&insn);
 268                 addr += insn.length;
 269         }
 270
 271         return (addr == paddr);
 272 }
 273
 274 /*
 275  * Returns non-zero if opcode modifies the interrupt flag.
 276  */
 277 static int __kprobes is_IF_modifier(kprobe_opcode_t *insn)
 278 {
 279         switch (*insn) {
 280         case 0xfa:              /* cli */
 281         case 0xfb:              /* sti */
 282         case 0xcf:              /* iret/iretd */
 283         case 0x9d:              /* popf/popfd */
 284                 return 1;
 285         }
 286
 287         /*
 288          * on X86_64, 0x40-0x4f are REX prefixes so we need to look
 289          * at the next byte instead.. but of course not recurse infinitely
 290          */
 291         if (is_REX_prefix(insn))
 292                 return is_IF_modifier(++insn);
 293
 294         return 0;
 295 }
 296
 297 /*
 298  * Adjust the displacement if the instruction uses the %rip-relative
 299  * addressing mode.
 300  * If it does, Return the address of the 32-bit displacement word.
 301  * If not, return null.
 302  * Only applicable to 64-bit x86.
 303  */
 304 static void __kprobes fix_riprel(struct kprobe *p)
 305 {
 306 #ifdef CONFIG_X86_64
 307         struct insn insn;
 308         kernel_insn_init(&insn, p->ainsn.insn);
 309
 310         if (insn_rip_relative(&insn)) {
 311                 s64 newdisp;
 312                 u8 *disp;
 313                 insn_get_displacement(&insn);
 314                 /*
 315                  * The copied instruction uses the %rip-relative addressing
 316                  * mode.  Adjust the displacement for the difference between
 317                  * the original location of this instruction and the location
 318                  * of the copy that will actually be run.  The tricky bit here
 319                  * is making sure that the sign extension happens correctly in
 320                  * this calculation, since we need a signed 32-bit result to
 321                  * be sign-extended to 64 bits when it's added to the %rip
 322                  * value and yield the same 64-bit result that the sign-
 323                  * extension of the original signed 32-bit displacement would
 324                  * have given.
 325                  */
 326                 newdisp = (u8 *) p->addr + (s64) insn.displacement.value -
 327                           (u8 *) p->ainsn.insn;
 328                 BUG_ON((s64) (s32) newdisp != newdisp); /* Sanity check.  */
 329                 disp = (u8 *) p->ainsn.insn + insn_offset_displacement(&insn);
 330                 *(s32 *) disp = (s32) newdisp;
 331         }
 332 #endif
 333 }
 334
 335 static void __kprobes arch_copy_kprobe(struct kprobe *p)
 336 {
 337         memcpy(p->ainsn.insn, p->addr, MAX_INSN_SIZE * sizeof(kprobe_opcode_t));
 338
 339         fix_riprel(p);
 340
 341         if (can_boost(p->addr))
 342                 p->ainsn.boostable = 0;
 343         else
 344                 p->ainsn.boostable = -1;
 345
 346         p->opcode = *p->addr;
 347 }
 348
 349 int __kprobes arch_prepare_kprobe(struct kprobe *p)
 350 {
 351         if (!can_probe((unsigned long)p->addr))
 352                 return -EILSEQ;
 353         /* insn: must be on special executable page on x86. */
 354         p->ainsn.insn = get_insn_slot();
 355         if (!p->ainsn.insn)
 356                 return -ENOMEM;
 357         arch_copy_kprobe(p);
 358         return 0;
 359 }
 360
 361 void __kprobes arch_arm_kprobe(struct kprobe *p)
 362 {
 363         text_poke(p->addr, ((unsigned char []){BREAKPOINT_INSTRUCTION}), 1);
 364 }
 365
 366 void __kprobes arch_disarm_kprobe(struct kprobe *p)
 367 {
 368         text_poke(p->addr, &p->opcode, 1);
 369 }
 370
 371 void __kprobes arch_remove_kprobe(struct kprobe *p)
 372 {
 373         if (p->ainsn.insn) {
 374                 free_insn_slot(p->ainsn.insn, (p->ainsn.boostable == 1));
 375                 p->ainsn.insn = NULL;
 376         }
 377 }
 378
 379 static void __kprobes save_previous_kprobe(struct kprobe_ctlblk *kcb)
 380 {
 381         kcb->prev_kprobe.kp = kprobe_running();
 382         kcb->prev_kprobe.status = kcb->kprobe_status;
 383         kcb->prev_kprobe.old_flags = kcb->kprobe_old_flags;
 384         kcb->prev_kprobe.saved_flags = kcb->kprobe_saved_flags;
 385 }
 386
 387 static void __kprobes restore_previous_kprobe(struct kprobe_ctlblk *kcb)
 388 {
 389         __get_cpu_var(current_kprobe) = kcb->prev_kprobe.kp;
 390         kcb->kprobe_status = kcb->prev_kprobe.status;
 391         kcb->kprobe_old_flags = kcb->prev_kprobe.old_flags;
 392         kcb->kprobe_saved_flags = kcb->prev_kprobe.saved_flags;
 393 }
 394
 395 static void __kprobes set_current_kprobe(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs,
 396                                 struct kprobe_ctlblk *kcb)
 397 {
 398         __get_cpu_var(current_kprobe) = p;
 399         kcb->kprobe_saved_flags = kcb->kprobe_old_flags
 400                 = (regs->flags & (X86_EFLAGS_TF | X86_EFLAGS_IF));
 401         if (is_IF_modifier(p->ainsn.insn))
 402                 kcb->kprobe_saved_flags &= ~X86_EFLAGS_IF;
 403 }
 404
 405 static void __kprobes clear_btf(void)
 406 {
 407         if (test_thread_flag(TIF_DEBUGCTLMSR))
 408                 update_debugctlmsr(0);
 409 }
 410
 411 static void __kprobes restore_btf(void)
 412 {
 413         if (test_thread_flag(TIF_DEBUGCTLMSR))
 414                 update_debugctlmsr(current->thread.debugctlmsr);
 415 }
 416
 417 static void __kprobes prepare_singlestep(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs)
 418 {
 419         clear_btf();
 420         regs->flags |= X86_EFLAGS_TF;
 421         regs->flags &= ~X86_EFLAGS_IF;
 422         /* single step inline if the instruction is an int3 */
 423         if (p->opcode == BREAKPOINT_INSTRUCTION)
 424                 regs->ip = (unsigned long)p->addr;
 425         else
 426                 regs->ip = (unsigned long)p->ainsn.insn;
 427 }
 428
 429 void __kprobes arch_prepare_kretprobe(struct kretprobe_instance *ri,
 430                                       struct pt_regs *regs)
 431 {
 432         unsigned long *sara = stack_addr(regs);
 433
 434         ri->ret_addr = (kprobe_opcode_t *) *sara;
 435
 436         /* Replace the return addr with trampoline addr */
 437         *sara = (unsigned long) &kretprobe_trampoline;
 438 }
 439
 440 static void __kprobes setup_singlestep(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs,
 441                                        struct kprobe_ctlblk *kcb)
 442 {
 443 #if !defined(CONFIG_PREEMPT) || defined(CONFIG_FREEZER)
 444         if (p->ainsn.boostable == 1 && !p->post_handler) {
 445                 /* Boost up -- we can execute copied instructions directly */
 446                 reset_current_kprobe();
 447                 regs->ip = (unsigned long)p->ainsn.insn;
 448                 preempt_enable_no_resched();
 449                 return;
 450         }
 451 #endif
 452         prepare_singlestep(p, regs);
 453         kcb->kprobe_status = KPROBE_HIT_SS;
 454 }
 455
 456 /*
 457  * We have reentered the kprobe_handler(), since another probe was hit while
 458  * within the handler. We save the original kprobes variables and just single
 459  * step on the instruction of the new probe without calling any user handlers.
 460  */
 461 static int __kprobes reenter_kprobe(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs,
 462                                     struct kprobe_ctlblk *kcb)
 463 {
 464         switch (kcb->kprobe_status) {
 465         case KPROBE_HIT_SSDONE:
 466 #ifdef CONFIG_X86_64
 467                 /* TODO: Provide re-entrancy from post_kprobes_handler() and
 468                  * avoid exception stack corruption while single-stepping on
 469                  * the instruction of the new probe.
 470                  */
 471                 arch_disarm_kprobe(p);
 472                 regs->ip = (unsigned long)p->addr;
 473                 reset_current_kprobe();
 474                 preempt_enable_no_resched();
 475                 break;
 476 #endif
 477         case KPROBE_HIT_ACTIVE:
 478                 save_previous_kprobe(kcb);
 479                 set_current_kprobe(p, regs, kcb);
 480                 kprobes_inc_nmissed_count(p);
 481                 prepare_singlestep(p, regs);
 482                 kcb->kprobe_status = KPROBE_REENTER;
 483                 break;
 484         case KPROBE_HIT_SS:
 485                 /* A probe has been hit in the codepath leading up to, or just
 486                  * after, single-stepping of a probed instruction. This entire
 487                  * codepath should strictly reside in .kprobes.text section.
 488                  * Raise a BUG or we'll continue in an endless reentering loop
 489                  * and eventually a stack overflow.
 490                  */
 491                 printk(KERN_WARNING "Unrecoverable kprobe detected at %p.\n",
 492                        p->addr);
 493                 dump_kprobe(p);
 494                 BUG();
 495         default:
 496                 /* impossible cases */
 497                 WARN_ON(1);
 498                 return 0;
 499         }
 500
 501         return 1;
 502 }
 503
 504 /*
 505  * Interrupts are disabled on entry as trap3 is an interrupt gate and they
 506  * remain disabled thorough out this function.
 507  */
 508 static int __kprobes kprobe_handler(struct pt_regs *regs)
 509 {
 510         kprobe_opcode_t *addr;
 511         struct kprobe *p;
 512         struct kprobe_ctlblk *kcb;
 513
 514         addr = (kprobe_opcode_t *)(regs->ip - sizeof(kprobe_opcode_t));
 515         if (*addr != BREAKPOINT_INSTRUCTION) {
 516                 /*
 517                  * The breakpoint instruction was removed right
 518                  * after we hit it.  Another cpu has removed
 519                  * either a probepoint or a debugger breakpoint
 520                  * at this address.  In either case, no further
 521                  * handling of this interrupt is appropriate.
 522                  * Back up over the (now missing) int3 and run
 523                  * the original instruction.
 524                  */
 525                 regs->ip = (unsigned long)addr;
 526                 return 1;
 527         }
 528
 529         /*
 530          * We don't want to be preempted for the entire
 531          * duration of kprobe processing. We conditionally
 532          * re-enable preemption at the end of this function,
 533          * and also in reenter_kprobe() and setup_singlestep().
 534          */
 535         preempt_disable();
 536
 537         kcb = get_kprobe_ctlblk();
 538         p = get_kprobe(addr);
 539
 540         if (p) {
 541                 if (kprobe_running()) {
 542                         if (reenter_kprobe(p, regs, kcb))
 543                                 return 1;
 544                 } else {
 545                         set_current_kprobe(p, regs, kcb);
 546                         kcb->kprobe_status = KPROBE_HIT_ACTIVE;
 547
 548                         /*
 549                          * If we have no pre-handler or it returned 0, we
 550                          * continue with normal processing.  If we have a
 551                          * pre-handler and it returned non-zero, it prepped
 552                          * for calling the break_handler below on re-entry
 553                          * for jprobe processing, so get out doing nothing
 554                          * more here.
 555                          */
 556                         if (!p->pre_handler || !p->pre_handler(p, regs))
 557                                 setup_singlestep(p, regs, kcb);
 558                         return 1;
 559                 }
 560         } else if (kprobe_running()) {
 561                 p = __get_cpu_var(current_kprobe);
 562                 if (p->break_handler && p->break_handler(p, regs)) {
 563                         setup_singlestep(p, regs, kcb);
 564                         return 1;
 565                 }
 566         } /* else: not a kprobe fault; let the kernel handle it */
 567
 568         preempt_enable_no_resched();
 569         return 0;
 570 }
 571
 572 /*
 573  * When a retprobed function returns, this code saves registers and
 574  * calls trampoline_handler() runs, which calls the kretprobe's handler.
 575  */
 576 static void __used __kprobes kretprobe_trampoline_holder(void)
 577 {
 578         asm volatile (
 579                         ".global kretprobe_trampoline\n"
 580                         "kretprobe_trampoline: \n"
 581 #ifdef CONFIG_X86_64
 582                         /* We don't bother saving the ss register */
 583                         "       pushq %rsp\n"
 584                         "       pushfq\n"
 585                         /*
 586                          * Skip cs, ip, orig_ax.
 587                          * trampoline_handler() will plug in these values
 588                          */
 589                         "       subq $24, %rsp\n"
 590                         "       pushq %rdi\n"
 591                         "       pushq %rsi\n"
 592                         "       pushq %rdx\n"
 593                         "       pushq %rcx\n"
 594                         "       pushq %rax\n"
 595                         "       pushq %r8\n"
 596                         "       pushq %r9\n"
 597                         "       pushq %r10\n"
 598                         "       pushq %r11\n"
 599                         "       pushq %rbx\n"
 600                         "       pushq %rbp\n"
 601                         "       pushq %r12\n"
 602                         "       pushq %r13\n"
 603                         "       pushq %r14\n"
 604                         "       pushq %r15\n"
 605                         "       movq %rsp, %rdi\n"
 606                         "       call trampoline_handler\n"
 607                         /* Replace saved sp with true return address. */
 608                         "       movq %rax, 152(%rsp)\n"
 609                         "       popq %r15\n"
 610                         "       popq %r14\n"
 611                         "       popq %r13\n"
 612                         "       popq %r12\n"
 613                         "       popq %rbp\n"
 614                         "       popq %rbx\n"
 615                         "       popq %r11\n"
 616                         "       popq %r10\n"
 617                         "       popq %r9\n"
 618                         "       popq %r8\n"
 619                         "       popq %rax\n"
 620                         "       popq %rcx\n"
 621                         "       popq %rdx\n"
 622                         "       popq %rsi\n"
 623                         "       popq %rdi\n"
 624                         /* Skip orig_ax, ip, cs */
 625                         "       addq $24, %rsp\n"
 626                         "       popfq\n"
 627 #else
 628                         "       pushf\n"
 629                         /*
 630                          * Skip cs, ip, orig_ax and gs.
 631                          * trampoline_handler() will plug in these values
 632                          */
 633                         "       subl $16, %esp\n"
 634                         "       pushl %fs\n"
 635                         "       pushl %es\n"
 636                         "       pushl %ds\n"
 637                         "       pushl %eax\n"
 638                         "       pushl %ebp\n"
 639                         "       pushl %edi\n"
 640                         "       pushl %esi\n"
 641                         "       pushl %edx\n"
 642                         "       pushl %ecx\n"
 643                         "       pushl %ebx\n"
 644                         "       movl %esp, %eax\n"
 645                         "       call trampoline_handler\n"
 646                         /* Move flags to cs */
 647                         "       movl 56(%esp), %edx\n"
 648                         "       movl %edx, 52(%esp)\n"
 649                         /* Replace saved flags with true return address. */
 650                         "       movl %eax, 56(%esp)\n"
 651                         "       popl %ebx\n"
 652                         "       popl %ecx\n"
 653                         "       popl %edx\n"
 654                         "       popl %esi\n"
 655                         "       popl %edi\n"
 656                         "       popl %ebp\n"
 657                         "       popl %eax\n"
 658                         /* Skip ds, es, fs, gs, orig_ax and ip */
 659                         "       addl $24, %esp\n"
 660                         "       popf\n"
 661 #endif
 662                         "       ret\n");
 663 }
 664
 665 /*
 666  * Called from kretprobe_trampoline
 667  */
 668 static __used __kprobes void *trampoline_handler(struct pt_regs *regs)
 669 {
 670         struct kretprobe_instance *ri = NULL;
 671         struct hlist_head *head, empty_rp;
 672         struct hlist_node *node, *tmp;
 673         unsigned long flags, orig_ret_address = 0;
 674         unsigned long trampoline_address = (unsigned long)&kretprobe_trampoline;
 675
 676         INIT_HLIST_HEAD(&empty_rp);
 677         kretprobe_hash_lock(current, &head, &flags);
 678         /* fixup registers */
 679 #ifdef CONFIG_X86_64
 680         regs->cs = __KERNEL_CS;
 681 #else
 682         regs->cs = __KERNEL_CS | get_kernel_rpl();
 683         regs->gs = 0;
 684 #endif
 685         regs->ip = trampoline_address;
 686         regs->orig_ax = ~0UL;
 687
 688         /*
 689          * It is possible to have multiple instances associated with a given
 690          * task either because multiple functions in the call path have
 691          * return probes installed on them, and/or more than one
 692          * return probe was registered for a target function.
 693          *
 694          * We can handle this because:
 695          *     - instances are always pushed into the head of the list
 696          *     - when multiple return probes are registered for the same
 697          *       function, the (chronologically) first instance's ret_addr
 698          *       will be the real return address, and all the rest will
 699          *       point to kretprobe_trampoline.
 700          */
 701         hlist_for_each_entry_safe(ri, node, tmp, head, hlist) {
 702                 if (ri->task != current)
 703                         /* another task is sharing our hash bucket */
 704                         continue;
 705
 706                 if (ri->rp && ri->rp->handler) {
 707                         __get_cpu_var(current_kprobe) = &ri->rp->kp;
 708                         get_kprobe_ctlblk()->kprobe_status = KPROBE_HIT_ACTIVE;
 709                         ri->rp->handler(ri, regs);
 710                         __get_cpu_var(current_kprobe) = NULL;
 711                 }
 712
 713                 orig_ret_address = (unsigned long)ri->ret_addr;
 714                 recycle_rp_inst(ri, &empty_rp);
 715
 716                 if (orig_ret_address != trampoline_address)
 717                         /*
 718                          * This is the real return address. Any other
 719                          * instances associated with this task are for
 720                          * other calls deeper on the call stack
 721                          */
 722                         break;
 723         }
 724
 725         kretprobe_assert(ri, orig_ret_address, trampoline_address);
 726
 727         kretprobe_hash_unlock(current, &flags);
 728
 729         hlist_for_each_entry_safe(ri, node, tmp, &empty_rp, hlist) {
 730                 hlist_del(&ri->hlist);
 731                 kfree(ri);
 732         }
 733         return (void *)orig_ret_address;
 734 }
 735
 736 /*
 737  * Called after single-stepping.  p->addr is the address of the
 738  * instruction whose first byte has been replaced by the "int 3"
 739  * instruction.  To avoid the SMP problems that can occur when we
 740  * temporarily put back the original opcode to single-step, we
 741  * single-stepped a copy of the instruction.  The address of this
 742  * copy is p->ainsn.insn.
 743  *
 744  * This function prepares to return from the post-single-step
 745  * interrupt.  We have to fix up the stack as follows:
 746  *
 747  * 0) Except in the case of absolute or indirect jump or call instructions,
 748  * the new ip is relative to the copied instruction.  We need to make
 749  * it relative to the original instruction.
 750  *
 751  * 1) If the single-stepped instruction was pushfl, then the TF and IF
 752  * flags are set in the just-pushed flags, and may need to be cleared.
 753  *
 754  * 2) If the single-stepped instruction was a call, the return address
 755  * that is atop the stack is the address following the copied instruction.
 756  * We need to make it the address following the original instruction.
 757  *
 758  * If this is the first time we've single-stepped the instruction at
 759  * this probepoint, and the instruction is boostable, boost it: add a
 760  * jump instruction after the copied instruction, that jumps to the next
 761  * instruction after the probepoint.
 762  */
 763 static void __kprobes resume_execution(struct kprobe *p,
 764                 struct pt_regs *regs, struct kprobe_ctlblk *kcb)
 765 {
 766         unsigned long *tos = stack_addr(regs);
 767         unsigned long copy_ip = (unsigned long)p->ainsn.insn;
 768         unsigned long orig_ip = (unsigned long)p->addr;
 769         kprobe_opcode_t *insn = p->ainsn.insn;
 770
 771         /*skip the REX prefix*/
 772         if (is_REX_prefix(insn))
 773                 insn++;
 774
 775         regs->flags &= ~X86_EFLAGS_TF;
 776         switch (*insn) {
 777         case 0x9c:      /* pushfl */
 778                 *tos &= ~(X86_EFLAGS_TF | X86_EFLAGS_IF);
 779                 *tos |= kcb->kprobe_old_flags;
 780                 break;
 781         case 0xc2:      /* iret/ret/lret */
 782         case 0xc3:
 783         case 0xca:
 784         case 0xcb:
 785         case 0xcf:
 786         case 0xea:      /* jmp absolute -- ip is correct */
 787                 /* ip is already adjusted, no more changes required */
 788                 p->ainsn.boostable = 1;
 789                 goto no_change;
 790         case 0xe8:      /* call relative - Fix return addr */
 791                 *tos = orig_ip + (*tos - copy_ip);
 792                 break;
 793 #ifdef CONFIG_X86_32
 794         case 0x9a:      /* call absolute -- same as call absolute, indirect */
 795                 *tos = orig_ip + (*tos - copy_ip);
 796                 goto no_change;
 797 #endif
 798         case 0xff:
 799                 if ((insn[1] & 0x30) == 0x10) {
 800                         /*
 801                          * call absolute, indirect
 802                          * Fix return addr; ip is correct.
 803                          * But this is not boostable
 804                          */
 805                         *tos = orig_ip + (*tos - copy_ip);
 806                         goto no_change;
 807                 } else if (((insn[1] & 0x31) == 0x20) ||
 808                            ((insn[1] & 0x31) == 0x21)) {
 809                         /*
 810                          * jmp near and far, absolute indirect
 811                          * ip is correct. And this is boostable
 812                          */
 813                         p->ainsn.boostable = 1;
 814                         goto no_change;
 815                 }
 816         default:
 817                 break;
 818         }
 819
 820         if (p->ainsn.boostable == 0) {
 821                 if ((regs->ip > copy_ip) &&
 822                     (regs->ip - copy_ip) + 5 < MAX_INSN_SIZE) {
 823                         /*
 824                          * These instructions can be executed directly if it
 825                          * jumps back to correct address.
 826                          */
 827                         set_jmp_op((void *)regs->ip,
 828                                    (void *)orig_ip + (regs->ip - copy_ip));
 829                         p->ainsn.boostable = 1;
 830                 } else {
 831                         p->ainsn.boostable = -1;
 832                 }
 833         }
 834
 835         regs->ip += orig_ip - copy_ip;
 836
 837 no_change:
 838         restore_btf();
 839 }
 840
 841 /*
 842  * Interrupts are disabled on entry as trap1 is an interrupt gate and they
 843  * remain disabled thoroughout this function.
 844  */
 845 static int __kprobes post_kprobe_handler(struct pt_regs *regs)
 846 {
 847         struct kprobe *cur = kprobe_running();
 848         struct kprobe_ctlblk *kcb = get_kprobe_ctlblk();
 849
 850         if (!cur)
 851                 return 0;
 852
 853         resume_execution(cur, regs, kcb);
 854         regs->flags |= kcb->kprobe_saved_flags;
 855
 856         if ((kcb->kprobe_status != KPROBE_REENTER) && cur->post_handler) {
 857                 kcb->kprobe_status = KPROBE_HIT_SSDONE;
 858                 cur->post_handler(cur, regs, 0);
 859         }
 860
 861         /* Restore back the original saved kprobes variables and continue. */
 862         if (kcb->kprobe_status == KPROBE_REENTER) {
 863                 restore_previous_kprobe(kcb);
 864                 goto out;
 865         }
 866         reset_current_kprobe();
 867 out:
 868         preempt_enable_no_resched();
 869
 870         /*
 871          * if somebody else is singlestepping across a probe point, flags
 872          * will have TF set, in which case, continue the remaining processing
 873          * of do_debug, as if this is not a probe hit.
 874          */
 875         if (regs->flags & X86_EFLAGS_TF)
 876                 return 0;
 877
 878         return 1;
 879 }
 880
 881 int __kprobes kprobe_fault_handler(struct pt_regs *regs, int trapnr)
 882 {
 883         struct kprobe *cur = kprobe_running();
 884         struct kprobe_ctlblk *kcb = get_kprobe_ctlblk();
 885
 886         switch (kcb->kprobe_status) {
 887         case KPROBE_HIT_SS:
 888         case KPROBE_REENTER:
 889                 /*
 890                  * We are here because the instruction being single
 891                  * stepped caused a page fault. We reset the current
 892                  * kprobe and the ip points back to the probe address
 893                  * and allow the page fault handler to continue as a
 894                  * normal page fault.
 895                  */
 896                 regs->ip = (unsigned long)cur->addr;
 897                 regs->flags |= kcb->kprobe_old_flags;
 898                 if (kcb->kprobe_status == KPROBE_REENTER)
 899                         restore_previous_kprobe(kcb);
 900                 else
 901                         reset_current_kprobe();
 902                 preempt_enable_no_resched();
 903                 break;
 904         case KPROBE_HIT_ACTIVE:
 905         case KPROBE_HIT_SSDONE:
 906                 /*
 907                  * We increment the nmissed count for accounting,
 908                  * we can also use npre/npostfault count for accounting
 909                  * these specific fault cases.
 910                  */
 911                 kprobes_inc_nmissed_count(cur);
 912
 913                 /*
 914                  * We come here because instructions in the pre/post
 915                  * handler caused the page_fault, this could happen
 916                  * if handler tries to access user space by
 917                  * copy_from_user(), get_user() etc. Let the
 918                  * user-specified handler try to fix it first.
 919                  */
 920                 if (cur->fault_handler && cur->fault_handler(cur, regs, trapnr))
 921                         return 1;
 922
 923                 /*
 924                  * In case the user-specified fault handler returned
 925                  * zero, try to fix up.
 926                  */
 927                 if (fixup_exception(regs))
 928                         return 1;
 929
 930                 /*
 931                  * fixup routine could not handle it,
 932                  * Let do_page_fault() fix it.
 933                  */
 934                 break;
 935         default:
 936                 break;
 937         }
 938         return 0;
 939 }
 940
 941 /*
 942  * Wrapper routine for handling exceptions.
 943  */
 944 int __kprobes kprobe_exceptions_notify(struct notifier_block *self,
 945                                        unsigned long val, void *data)
 946 {
 947         struct die_args *args = data;
 948         int ret = NOTIFY_DONE;
 949
 950         if (args->regs && user_mode_vm(args->regs))
 951                 return ret;
 952
 953         switch (val) {
 954         case DIE_INT3:
 955                 if (kprobe_handler(args->regs))
 956                         ret = NOTIFY_STOP;
 957                 break;
 958         case DIE_DEBUG:
 959                 if (post_kprobe_handler(args->regs))
 960                         ret = NOTIFY_STOP;
 961                 break;
 962         case DIE_GPF:
 963                 /*
 964                  * To be potentially processing a kprobe fault and to
 965                  * trust the result from kprobe_running(), we have
 966                  * be non-preemptible.
 967                  */
 968                 if (!preemptible() && kprobe_running() &&
 969                     kprobe_fault_handler(args->regs, args->trapnr))
 970                         ret = NOTIFY_STOP;
 971                 break;
 972         default:
 973                 break;
 974         }
 975         return ret;
 976 }
 977
 978 int __kprobes setjmp_pre_handler(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs)
 979 {
 980         struct jprobe *jp = container_of(p, struct jprobe, kp);
 981         unsigned long addr;
 982         struct kprobe_ctlblk *kcb = get_kprobe_ctlblk();
 983
 984         kcb->jprobe_saved_regs = *regs;
 985         kcb->jprobe_saved_sp = stack_addr(regs);
 986         addr = (unsigned long)(kcb->jprobe_saved_sp);
 987
 988         /*
 989          * As Linus pointed out, gcc assumes that the callee
 990          * owns the argument space and could overwrite it, e.g.
 991          * tailcall optimization. So, to be absolutely safe
 992          * we also save and restore enough stack bytes to cover
 993          * the argument area.
 994          */
 995         memcpy(kcb->jprobes_stack, (kprobe_opcode_t *)addr,
 996                MIN_STACK_SIZE(addr));
 997         regs->flags &= ~X86_EFLAGS_IF;
 998         trace_hardirqs_off();
 999         regs->ip = (unsigned long)(jp->entry);
1000         return 1;
1001 }
1002
1003 void __kprobes jprobe_return(void)
1004 {
1005         struct kprobe_ctlblk *kcb = get_kprobe_ctlblk();
1006
1007         asm volatile (
1008 #ifdef CONFIG_X86_64
1009                         "       xchg   %%rbx,%%rsp      \n"
1010 #else
1011                         "       xchgl   %%ebx,%%esp     \n"
1012 #endif
1013                         "       int3                    \n"
1014                         "       .globl jprobe_return_end\n"
1015                         "       jprobe_return_end:      \n"
1016                         "       nop                     \n"::"b"
1017                         (kcb->jprobe_saved_sp):"memory");
1018 }
1019
1020 int __kprobes longjmp_break_handler(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs)
1021 {
1022         struct kprobe_ctlblk *kcb = get_kprobe_ctlblk();
1023         u8 *addr = (u8 *) (regs->ip - 1);
1024         struct jprobe *jp = container_of(p, struct jprobe, kp);
1025
1026         if ((addr > (u8 *) jprobe_return) &&
1027             (addr < (u8 *) jprobe_return_end)) {
1028                 if (stack_addr(regs) != kcb->jprobe_saved_sp) {
1029                         struct pt_regs *saved_regs = &kcb->jprobe_saved_regs;
1030                         printk(KERN_ERR
1031                                "current sp %p does not match saved sp %p\n",
1032                                stack_addr(regs), kcb->jprobe_saved_sp);
1033                         printk(KERN_ERR "Saved registers for jprobe %p\n", jp);
1034                         show_registers(saved_regs);
1035                         printk(KERN_ERR "Current registers\n");
1036                         show_registers(regs);
1037                         BUG();
1038                 }
1039                 *regs = kcb->jprobe_saved_regs;
1040                 memcpy((kprobe_opcode_t *)(kcb->jprobe_saved_sp),
1041                        kcb->jprobes_stack,
1042                        MIN_STACK_SIZE(kcb->jprobe_saved_sp));
1043                 preempt_enable_no_resched();
1044                 return 1;
1045         }
1046         return 0;
1047 }
1048
1049 int __init arch_init_kprobes(void)
1050 {
1051         return 0;
1052 }
1053
1054 int __kprobes arch_trampoline_kprobe(struct kprobe *p)
1055 {
1056         return 0;
1057 }