arch/arm/kernel/module-plts.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2014-2017 Linaro Ltd. <ard.biesheuvel@linaro.org>
   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 version 2 as
   6  * published by the Free Software Foundation.
   7  */
   8
   9 #include <linux/elf.h>
  10 #include <linux/ftrace.h>
  11 #include <linux/kernel.h>
  12 #include <linux/module.h>
  13 #include <linux/sort.h>
  14
  15 #include <asm/cache.h>
  16 #include <asm/opcodes.h>
  17
  18 #ifdef CONFIG_THUMB2_KERNEL
  19 #define PLT_ENT_LDR             __opcode_to_mem_thumb32(0xf8dff000 | \
  20                                                         (PLT_ENT_STRIDE - 4))
  21 #else
  22 #define PLT_ENT_LDR             __opcode_to_mem_arm(0xe59ff000 | \
  23                                                     (PLT_ENT_STRIDE - 8))
  24 #endif
  25
  26 static const u32 fixed_plts[] = {
  27 #ifdef CONFIG_DYNAMIC_FTRACE
  28         FTRACE_ADDR,
  29         MCOUNT_ADDR,
  30 #endif
  31 };
  32
  33 static bool in_init(const struct module *mod, unsigned long loc)
  34 {
  35         return loc - (u32)mod->init_layout.base < mod->init_layout.size;
  36 }
  37
  38 static void prealloc_fixed(struct mod_plt_sec *pltsec, struct plt_entries *plt)
  39 {
  40         int i;
  41
  42         if (!ARRAY_SIZE(fixed_plts) || pltsec->plt_count)
  43                 return;
  44         pltsec->plt_count = ARRAY_SIZE(fixed_plts);
  45
  46         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(plt->ldr); ++i)
  47                 plt->ldr[i] = PLT_ENT_LDR;
  48
  49         BUILD_BUG_ON(sizeof(fixed_plts) > sizeof(plt->lit));
  50         memcpy(plt->lit, fixed_plts, sizeof(fixed_plts));
  51 }
  52
  53 u32 get_module_plt(struct module *mod, unsigned long loc, Elf32_Addr val)
  54 {
  55         struct mod_plt_sec *pltsec = !in_init(mod, loc) ? &mod->arch.core :
  56                                                           &mod->arch.init;
  57         struct plt_entries *plt;
  58         int idx;
  59
  60         /* cache the address, ELF header is available only during module load */
  61         if (!pltsec->plt_ent)
  62                 pltsec->plt_ent = (struct plt_entries *)pltsec->plt->sh_addr;
  63         plt = pltsec->plt_ent;
  64
  65         prealloc_fixed(pltsec, plt);
  66
  67         for (idx = 0; idx < ARRAY_SIZE(fixed_plts); ++idx)
  68                 if (plt->lit[idx] == val)
  69                         return (u32)&plt->ldr[idx];
  70
  71         idx = 0;
  72         /*
  73          * Look for an existing entry pointing to 'val'. Given that the
  74          * relocations are sorted, this will be the last entry we allocated.
  75          * (if one exists).
  76          */
  77         if (pltsec->plt_count > 0) {
  78                 plt += (pltsec->plt_count - 1) / PLT_ENT_COUNT;
  79                 idx = (pltsec->plt_count - 1) % PLT_ENT_COUNT;
  80
  81                 if (plt->lit[idx] == val)
  82                         return (u32)&plt->ldr[idx];
  83
  84                 idx = (idx + 1) % PLT_ENT_COUNT;
  85                 if (!idx)
  86                         plt++;
  87         }
  88
  89         pltsec->plt_count++;
  90         BUG_ON(pltsec->plt_count * PLT_ENT_SIZE > pltsec->plt->sh_size);
  91
  92         if (!idx)
  93                 /* Populate a new set of entries */
  94                 *plt = (struct plt_entries){
  95                         { [0 ... PLT_ENT_COUNT - 1] = PLT_ENT_LDR, },
  96                         { val, }
  97                 };
  98         else
  99                 plt->lit[idx] = val;
 100
 101         return (u32)&plt->ldr[idx];
 102 }
 103
 104 #define cmp_3way(a,b)   ((a) < (b) ? -1 : (a) > (b))
 105
 106 static int cmp_rel(const void *a, const void *b)
 107 {
 108         const Elf32_Rel *x = a, *y = b;
 109         int i;
 110
 111         /* sort by type and symbol index */
 112         i = cmp_3way(ELF32_R_TYPE(x->r_info), ELF32_R_TYPE(y->r_info));
 113         if (i == 0)
 114                 i = cmp_3way(ELF32_R_SYM(x->r_info), ELF32_R_SYM(y->r_info));
 115         return i;
 116 }
 117
 118 static bool is_zero_addend_relocation(Elf32_Addr base, const Elf32_Rel *rel)
 119 {
 120         u32 *tval = (u32 *)(base + rel->r_offset);
 121
 122         /*
 123          * Do a bitwise compare on the raw addend rather than fully decoding
 124          * the offset and doing an arithmetic comparison.
 125          * Note that a zero-addend jump/call relocation is encoded taking the
 126          * PC bias into account, i.e., -8 for ARM and -4 for Thumb2.
 127          */
 128         switch (ELF32_R_TYPE(rel->r_info)) {
 129                 u16 upper, lower;
 130
 131         case R_ARM_THM_CALL:
 132         case R_ARM_THM_JUMP24:
 133                 upper = __mem_to_opcode_thumb16(((u16 *)tval)[0]);
 134                 lower = __mem_to_opcode_thumb16(((u16 *)tval)[1]);
 135
 136                 return (upper & 0x7ff) == 0x7ff && (lower & 0x2fff) == 0x2ffe;
 137
 138         case R_ARM_CALL:
 139         case R_ARM_PC24:
 140         case R_ARM_JUMP24:
 141                 return (__mem_to_opcode_arm(*tval) & 0xffffff) == 0xfffffe;
 142         }
 143         BUG();
 144 }
 145
 146 static bool duplicate_rel(Elf32_Addr base, const Elf32_Rel *rel, int num)
 147 {
 148         const Elf32_Rel *prev;
 149
 150         /*
 151          * Entries are sorted by type and symbol index. That means that,
 152          * if a duplicate entry exists, it must be in the preceding
 153          * slot.
 154          */
 155         if (!num)
 156                 return false;
 157
 158         prev = rel + num - 1;
 159         return cmp_rel(rel + num, prev) == 0 &&
 160                is_zero_addend_relocation(base, prev);
 161 }
 162
 163 /* Count how many PLT entries we may need */
 164 static unsigned int count_plts(const Elf32_Sym *syms, Elf32_Addr base,
 165                                const Elf32_Rel *rel, int num, Elf32_Word dstidx)
 166 {
 167         unsigned int ret = 0;
 168         const Elf32_Sym *s;
 169         int i;
 170
 171         for (i = 0; i < num; i++) {
 172                 switch (ELF32_R_TYPE(rel[i].r_info)) {
 173                 case R_ARM_CALL:
 174                 case R_ARM_PC24:
 175                 case R_ARM_JUMP24:
 176                 case R_ARM_THM_CALL:
 177                 case R_ARM_THM_JUMP24:
 178                         /*
 179                          * We only have to consider branch targets that resolve
 180                          * to symbols that are defined in a different section.
 181                          * This is not simply a heuristic, it is a fundamental
 182                          * limitation, since there is no guaranteed way to emit
 183                          * PLT entries sufficiently close to the branch if the
 184                          * section size exceeds the range of a branch
 185                          * instruction. So ignore relocations against defined
 186                          * symbols if they live in the same section as the
 187                          * relocation target.
 188                          */
 189                         s = syms + ELF32_R_SYM(rel[i].r_info);
 190                         if (s->st_shndx == dstidx)
 191                                 break;
 192
 193                         /*
 194                          * Jump relocations with non-zero addends against
 195                          * undefined symbols are supported by the ELF spec, but
 196                          * do not occur in practice (e.g., 'jump n bytes past
 197                          * the entry point of undefined function symbol f').
 198                          * So we need to support them, but there is no need to
 199                          * take them into consideration when trying to optimize
 200                          * this code. So let's only check for duplicates when
 201                          * the addend is zero. (Note that calls into the core
 202                          * module via init PLT entries could involve section
 203                          * relative symbol references with non-zero addends, for
 204                          * which we may end up emitting duplicates, but the init
 205                          * PLT is released along with the rest of the .init
 206                          * region as soon as module loading completes.)
 207                          */
 208                         if (!is_zero_addend_relocation(base, rel + i) ||
 209                             !duplicate_rel(base, rel, i))
 210                                 ret++;
 211                 }
 212         }
 213         return ret;
 214 }
 215
 216 int module_frob_arch_sections(Elf_Ehdr *ehdr, Elf_Shdr *sechdrs,
 217                               char *secstrings, struct module *mod)
 218 {
 219         unsigned long core_plts = ARRAY_SIZE(fixed_plts);
 220         unsigned long init_plts = ARRAY_SIZE(fixed_plts);
 221         Elf32_Shdr *s, *sechdrs_end = sechdrs + ehdr->e_shnum;
 222         Elf32_Sym *syms = NULL;
 223
 224         /*
 225          * To store the PLTs, we expand the .text section for core module code
 226          * and for initialization code.
 227          */
 228         for (s = sechdrs; s < sechdrs_end; ++s) {
 229                 if (strcmp(".plt", secstrings + s->sh_name) == 0)
 230                         mod->arch.core.plt = s;
 231                 else if (strcmp(".init.plt", secstrings + s->sh_name) == 0)
 232                         mod->arch.init.plt = s;
 233                 else if (s->sh_type == SHT_SYMTAB)
 234                         syms = (Elf32_Sym *)s->sh_addr;
 235         }
 236
 237         if (!mod->arch.core.plt || !mod->arch.init.plt) {
 238                 pr_err("%s: module PLT section(s) missing\n", mod->name);
 239                 return -ENOEXEC;
 240         }
 241         if (!syms) {
 242                 pr_err("%s: module symtab section missing\n", mod->name);
 243                 return -ENOEXEC;
 244         }
 245
 246         for (s = sechdrs + 1; s < sechdrs_end; ++s) {
 247                 Elf32_Rel *rels = (void *)ehdr + s->sh_offset;
 248                 int numrels = s->sh_size / sizeof(Elf32_Rel);
 249                 Elf32_Shdr *dstsec = sechdrs + s->sh_info;
 250
 251                 if (s->sh_type != SHT_REL)
 252                         continue;
 253
 254                 /* ignore relocations that operate on non-exec sections */
 255                 if (!(dstsec->sh_flags & SHF_EXECINSTR))
 256                         continue;
 257
 258                 /* sort by type and symbol index */
 259                 sort(rels, numrels, sizeof(Elf32_Rel), cmp_rel, NULL);
 260
 261                 if (strncmp(secstrings + dstsec->sh_name, ".init", 5) != 0)
 262                         core_plts += count_plts(syms, dstsec->sh_addr, rels,
 263                                                 numrels, s->sh_info);
 264                 else
 265                         init_plts += count_plts(syms, dstsec->sh_addr, rels,
 266                                                 numrels, s->sh_info);
 267         }
 268
 269         mod->arch.core.plt->sh_type = SHT_NOBITS;
 270         mod->arch.core.plt->sh_flags = SHF_EXECINSTR | SHF_ALLOC;
 271         mod->arch.core.plt->sh_addralign = L1_CACHE_BYTES;
 272         mod->arch.core.plt->sh_size = round_up(core_plts * PLT_ENT_SIZE,
 273                                                sizeof(struct plt_entries));
 274         mod->arch.core.plt_count = 0;
 275         mod->arch.core.plt_ent = NULL;
 276
 277         mod->arch.init.plt->sh_type = SHT_NOBITS;
 278         mod->arch.init.plt->sh_flags = SHF_EXECINSTR | SHF_ALLOC;
 279         mod->arch.init.plt->sh_addralign = L1_CACHE_BYTES;
 280         mod->arch.init.plt->sh_size = round_up(init_plts * PLT_ENT_SIZE,
 281                                                sizeof(struct plt_entries));
 282         mod->arch.init.plt_count = 0;
 283         mod->arch.init.plt_ent = NULL;
 284
 285         pr_debug("%s: plt=%x, init.plt=%x\n", __func__,
 286                  mod->arch.core.plt->sh_size, mod->arch.init.plt->sh_size);
 287         return 0;
 288 }