arch/arm/kernel/module-plts.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * Copyright (C) 2014-2017 Linaro Ltd. <ard.biesheuvel@linaro.org>
   4  */
   5
   6 #include <linux/elf.h>
   7 #include <linux/ftrace.h>
   8 #include <linux/kernel.h>
   9 #include <linux/module.h>
  10 #include <linux/sort.h>
  11 #include <linux/moduleloader.h>
  12
  13 #include <asm/cache.h>
  14 #include <asm/opcodes.h>
  15
  16 #ifdef CONFIG_THUMB2_KERNEL
  17 #define PLT_ENT_LDR             __opcode_to_mem_thumb32(0xf8dff000 | \
  18                                                         (PLT_ENT_STRIDE - 4))
  19 #else
  20 #define PLT_ENT_LDR             __opcode_to_mem_arm(0xe59ff000 | \
  21                                                     (PLT_ENT_STRIDE - 8))
  22 #endif
  23
  24 static const u32 fixed_plts[] = {
  25 #ifdef CONFIG_DYNAMIC_FTRACE
  26         FTRACE_ADDR,
  27         MCOUNT_ADDR,
  28 #endif
  29 };
  30
  31 static bool in_init(const struct module *mod, unsigned long loc)
  32 {
  33         return loc - (u32)mod->init_layout.base < mod->init_layout.size;
  34 }
  35
  36 static void prealloc_fixed(struct mod_plt_sec *pltsec, struct plt_entries *plt)
  37 {
  38         int i;
  39
  40         if (!ARRAY_SIZE(fixed_plts) || pltsec->plt_count)
  41                 return;
  42         pltsec->plt_count = ARRAY_SIZE(fixed_plts);
  43
  44         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(plt->ldr); ++i)
  45                 plt->ldr[i] = PLT_ENT_LDR;
  46
  47         BUILD_BUG_ON(sizeof(fixed_plts) > sizeof(plt->lit));
  48         memcpy(plt->lit, fixed_plts, sizeof(fixed_plts));
  49 }
  50
  51 u32 get_module_plt(struct module *mod, unsigned long loc, Elf32_Addr val)
  52 {
  53         struct mod_plt_sec *pltsec = !in_init(mod, loc) ? &mod->arch.core :
  54                                                           &mod->arch.init;
  55         struct plt_entries *plt;
  56         int idx;
  57
  58         /* cache the address, ELF header is available only during module load */
  59         if (!pltsec->plt_ent)
  60                 pltsec->plt_ent = (struct plt_entries *)pltsec->plt->sh_addr;
  61         plt = pltsec->plt_ent;
  62
  63         prealloc_fixed(pltsec, plt);
  64
  65         for (idx = 0; idx < ARRAY_SIZE(fixed_plts); ++idx)
  66                 if (plt->lit[idx] == val)
  67                         return (u32)&plt->ldr[idx];
  68
  69         idx = 0;
  70         /*
  71          * Look for an existing entry pointing to 'val'. Given that the
  72          * relocations are sorted, this will be the last entry we allocated.
  73          * (if one exists).
  74          */
  75         if (pltsec->plt_count > 0) {
  76                 plt += (pltsec->plt_count - 1) / PLT_ENT_COUNT;
  77                 idx = (pltsec->plt_count - 1) % PLT_ENT_COUNT;
  78
  79                 if (plt->lit[idx] == val)
  80                         return (u32)&plt->ldr[idx];
  81
  82                 idx = (idx + 1) % PLT_ENT_COUNT;
  83                 if (!idx)
  84                         plt++;
  85         }
  86
  87         pltsec->plt_count++;
  88         BUG_ON(pltsec->plt_count * PLT_ENT_SIZE > pltsec->plt->sh_size);
  89
  90         if (!idx)
  91                 /* Populate a new set of entries */
  92                 *plt = (struct plt_entries){
  93                         { [0 ... PLT_ENT_COUNT - 1] = PLT_ENT_LDR, },
  94                         { val, }
  95                 };
  96         else
  97                 plt->lit[idx] = val;
  98
  99         return (u32)&plt->ldr[idx];
 100 }
 101
 102 #define cmp_3way(a,b)   ((a) < (b) ? -1 : (a) > (b))
 103
 104 static int cmp_rel(const void *a, const void *b)
 105 {
 106         const Elf32_Rel *x = a, *y = b;
 107         int i;
 108
 109         /* sort by type and symbol index */
 110         i = cmp_3way(ELF32_R_TYPE(x->r_info), ELF32_R_TYPE(y->r_info));
 111         if (i == 0)
 112                 i = cmp_3way(ELF32_R_SYM(x->r_info), ELF32_R_SYM(y->r_info));
 113         return i;
 114 }
 115
 116 static bool is_zero_addend_relocation(Elf32_Addr base, const Elf32_Rel *rel)
 117 {
 118         u32 *tval = (u32 *)(base + rel->r_offset);
 119
 120         /*
 121          * Do a bitwise compare on the raw addend rather than fully decoding
 122          * the offset and doing an arithmetic comparison.
 123          * Note that a zero-addend jump/call relocation is encoded taking the
 124          * PC bias into account, i.e., -8 for ARM and -4 for Thumb2.
 125          */
 126         switch (ELF32_R_TYPE(rel->r_info)) {
 127                 u16 upper, lower;
 128
 129         case R_ARM_THM_CALL:
 130         case R_ARM_THM_JUMP24:
 131                 upper = __mem_to_opcode_thumb16(((u16 *)tval)[0]);
 132                 lower = __mem_to_opcode_thumb16(((u16 *)tval)[1]);
 133
 134                 return (upper & 0x7ff) == 0x7ff && (lower & 0x2fff) == 0x2ffe;
 135
 136         case R_ARM_CALL:
 137         case R_ARM_PC24:
 138         case R_ARM_JUMP24:
 139                 return (__mem_to_opcode_arm(*tval) & 0xffffff) == 0xfffffe;
 140         }
 141         BUG();
 142 }
 143
 144 static bool duplicate_rel(Elf32_Addr base, const Elf32_Rel *rel, int num)
 145 {
 146         const Elf32_Rel *prev;
 147
 148         /*
 149          * Entries are sorted by type and symbol index. That means that,
 150          * if a duplicate entry exists, it must be in the preceding
 151          * slot.
 152          */
 153         if (!num)
 154                 return false;
 155
 156         prev = rel + num - 1;
 157         return cmp_rel(rel + num, prev) == 0 &&
 158                is_zero_addend_relocation(base, prev);
 159 }
 160
 161 /* Count how many PLT entries we may need */
 162 static unsigned int count_plts(const Elf32_Sym *syms, Elf32_Addr base,
 163                                const Elf32_Rel *rel, int num, Elf32_Word dstidx)
 164 {
 165         unsigned int ret = 0;
 166         const Elf32_Sym *s;
 167         int i;
 168
 169         for (i = 0; i < num; i++) {
 170                 switch (ELF32_R_TYPE(rel[i].r_info)) {
 171                 case R_ARM_CALL:
 172                 case R_ARM_PC24:
 173                 case R_ARM_JUMP24:
 174                 case R_ARM_THM_CALL:
 175                 case R_ARM_THM_JUMP24:
 176                         /*
 177                          * We only have to consider branch targets that resolve
 178                          * to symbols that are defined in a different section.
 179                          * This is not simply a heuristic, it is a fundamental
 180                          * limitation, since there is no guaranteed way to emit
 181                          * PLT entries sufficiently close to the branch if the
 182                          * section size exceeds the range of a branch
 183                          * instruction. So ignore relocations against defined
 184                          * symbols if they live in the same section as the
 185                          * relocation target.
 186                          */
 187                         s = syms + ELF32_R_SYM(rel[i].r_info);
 188                         if (s->st_shndx == dstidx)
 189                                 break;
 190
 191                         /*
 192                          * Jump relocations with non-zero addends against
 193                          * undefined symbols are supported by the ELF spec, but
 194                          * do not occur in practice (e.g., 'jump n bytes past
 195                          * the entry point of undefined function symbol f').
 196                          * So we need to support them, but there is no need to
 197                          * take them into consideration when trying to optimize
 198                          * this code. So let's only check for duplicates when
 199                          * the addend is zero. (Note that calls into the core
 200                          * module via init PLT entries could involve section
 201                          * relative symbol references with non-zero addends, for
 202                          * which we may end up emitting duplicates, but the init
 203                          * PLT is released along with the rest of the .init
 204                          * region as soon as module loading completes.)
 205                          */
 206                         if (!is_zero_addend_relocation(base, rel + i) ||
 207                             !duplicate_rel(base, rel, i))
 208                                 ret++;
 209                 }
 210         }
 211         return ret;
 212 }
 213
 214 int module_frob_arch_sections(Elf_Ehdr *ehdr, Elf_Shdr *sechdrs,
 215                               char *secstrings, struct module *mod)
 216 {
 217         unsigned long core_plts = ARRAY_SIZE(fixed_plts);
 218         unsigned long init_plts = ARRAY_SIZE(fixed_plts);
 219         Elf32_Shdr *s, *sechdrs_end = sechdrs + ehdr->e_shnum;
 220         Elf32_Sym *syms = NULL;
 221
 222         /*
 223          * To store the PLTs, we expand the .text section for core module code
 224          * and for initialization code.
 225          */
 226         for (s = sechdrs; s < sechdrs_end; ++s) {
 227                 if (strcmp(".plt", secstrings + s->sh_name) == 0)
 228                         mod->arch.core.plt = s;
 229                 else if (strcmp(".init.plt", secstrings + s->sh_name) == 0)
 230                         mod->arch.init.plt = s;
 231                 else if (s->sh_type == SHT_SYMTAB)
 232                         syms = (Elf32_Sym *)s->sh_addr;
 233         }
 234
 235         if (!mod->arch.core.plt || !mod->arch.init.plt) {
 236                 pr_err("%s: module PLT section(s) missing\n", mod->name);
 237                 return -ENOEXEC;
 238         }
 239         if (!syms) {
 240                 pr_err("%s: module symtab section missing\n", mod->name);
 241                 return -ENOEXEC;
 242         }
 243
 244         for (s = sechdrs + 1; s < sechdrs_end; ++s) {
 245                 Elf32_Rel *rels = (void *)ehdr + s->sh_offset;
 246                 int numrels = s->sh_size / sizeof(Elf32_Rel);
 247                 Elf32_Shdr *dstsec = sechdrs + s->sh_info;
 248
 249                 if (s->sh_type != SHT_REL)
 250                         continue;
 251
 252                 /* ignore relocations that operate on non-exec sections */
 253                 if (!(dstsec->sh_flags & SHF_EXECINSTR))
 254                         continue;
 255
 256                 /* sort by type and symbol index */
 257                 sort(rels, numrels, sizeof(Elf32_Rel), cmp_rel, NULL);
 258
 259                 if (strncmp(secstrings + dstsec->sh_name, ".init", 5) != 0)
 260                         core_plts += count_plts(syms, dstsec->sh_addr, rels,
 261                                                 numrels, s->sh_info);
 262                 else
 263                         init_plts += count_plts(syms, dstsec->sh_addr, rels,
 264                                                 numrels, s->sh_info);
 265         }
 266
 267         mod->arch.core.plt->sh_type = SHT_NOBITS;
 268         mod->arch.core.plt->sh_flags = SHF_EXECINSTR | SHF_ALLOC;
 269         mod->arch.core.plt->sh_addralign = L1_CACHE_BYTES;
 270         mod->arch.core.plt->sh_size = round_up(core_plts * PLT_ENT_SIZE,
 271                                                sizeof(struct plt_entries));
 272         mod->arch.core.plt_count = 0;
 273         mod->arch.core.plt_ent = NULL;
 274
 275         mod->arch.init.plt->sh_type = SHT_NOBITS;
 276         mod->arch.init.plt->sh_flags = SHF_EXECINSTR | SHF_ALLOC;
 277         mod->arch.init.plt->sh_addralign = L1_CACHE_BYTES;
 278         mod->arch.init.plt->sh_size = round_up(init_plts * PLT_ENT_SIZE,
 279                                                sizeof(struct plt_entries));
 280         mod->arch.init.plt_count = 0;
 281         mod->arch.init.plt_ent = NULL;
 282
 283         pr_debug("%s: plt=%x, init.plt=%x\n", __func__,
 284                  mod->arch.core.plt->sh_size, mod->arch.init.plt->sh_size);
 285         return 0;
 286 }