Merge tag 'rproc-v6.6' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/remoteproc...
[platform/kernel/linux-starfive.git] / tools / lib / bpf / usdt.c
1 // SPDX-License-Identifier: (LGPL-2.1 OR BSD-2-Clause)
2 /* Copyright (c) 2022 Meta Platforms, Inc. and affiliates. */
3 #include <ctype.h>
4 #include <stdio.h>
5 #include <stdlib.h>
6 #include <string.h>
7 #include <libelf.h>
8 #include <gelf.h>
9 #include <unistd.h>
10 #include <linux/ptrace.h>
11 #include <linux/kernel.h>
12
13 /* s8 will be marked as poison while it's a reg of riscv */
14 #if defined(__riscv)
15 #define rv_s8 s8
16 #endif
17
18 #include "bpf.h"
19 #include "libbpf.h"
20 #include "libbpf_common.h"
21 #include "libbpf_internal.h"
22 #include "hashmap.h"
23
24 /* libbpf's USDT support consists of BPF-side state/code and user-space
25  * state/code working together in concert. BPF-side parts are defined in
26  * usdt.bpf.h header library. User-space state is encapsulated by struct
27  * usdt_manager and all the supporting code centered around usdt_manager.
28  *
29  * usdt.bpf.h defines two BPF maps that usdt_manager expects: USDT spec map
30  * and IP-to-spec-ID map, which is auxiliary map necessary for kernels that
31  * don't support BPF cookie (see below). These two maps are implicitly
32  * embedded into user's end BPF object file when user's code included
33  * usdt.bpf.h. This means that libbpf doesn't do anything special to create
34  * these USDT support maps. They are created by normal libbpf logic of
35  * instantiating BPF maps when opening and loading BPF object.
36  *
37  * As such, libbpf is basically unaware of the need to do anything
38  * USDT-related until the very first call to bpf_program__attach_usdt(), which
39  * can be called by user explicitly or happen automatically during skeleton
40  * attach (or, equivalently, through generic bpf_program__attach() call). At
41  * this point, libbpf will instantiate and initialize struct usdt_manager and
42  * store it in bpf_object. USDT manager is per-BPF object construct, as each
43  * independent BPF object might or might not have USDT programs, and thus all
44  * the expected USDT-related state. There is no coordination between two
45  * bpf_object in parts of USDT attachment, they are oblivious of each other's
46  * existence and libbpf is just oblivious, dealing with bpf_object-specific
47  * USDT state.
48  *
49  * Quick crash course on USDTs.
50  *
51  * From user-space application's point of view, USDT is essentially just
52  * a slightly special function call that normally has zero overhead, unless it
53  * is being traced by some external entity (e.g, BPF-based tool). Here's how
54  * a typical application can trigger USDT probe:
55  *
56  * #include <sys/sdt.h>  // provided by systemtap-sdt-devel package
57  * // folly also provide similar functionality in folly/tracing/StaticTracepoint.h
58  *
59  * STAP_PROBE3(my_usdt_provider, my_usdt_probe_name, 123, x, &y);
60  *
61  * USDT is identified by it's <provider-name>:<probe-name> pair of names. Each
62  * individual USDT has a fixed number of arguments (3 in the above example)
63  * and specifies values of each argument as if it was a function call.
64  *
65  * USDT call is actually not a function call, but is instead replaced by
66  * a single NOP instruction (thus zero overhead, effectively). But in addition
67  * to that, those USDT macros generate special SHT_NOTE ELF records in
68  * .note.stapsdt ELF section. Here's an example USDT definition as emitted by
69  * `readelf -n <binary>`:
70  *
71  *   stapsdt              0x00000089       NT_STAPSDT (SystemTap probe descriptors)
72  *   Provider: test
73  *   Name: usdt12
74  *   Location: 0x0000000000549df3, Base: 0x00000000008effa4, Semaphore: 0x0000000000a4606e
75  *   Arguments: -4@-1204(%rbp) -4@%edi -8@-1216(%rbp) -8@%r8 -4@$5 -8@%r9 8@%rdx 8@%r10 -4@$-9 -2@%cx -2@%ax -1@%sil
76  *
77  * In this case we have USDT test:usdt12 with 12 arguments.
78  *
79  * Location and base are offsets used to calculate absolute IP address of that
80  * NOP instruction that kernel can replace with an interrupt instruction to
81  * trigger instrumentation code (BPF program for all that we care about).
82  *
83  * Semaphore above is and optional feature. It records an address of a 2-byte
84  * refcount variable (normally in '.probes' ELF section) used for signaling if
85  * there is anything that is attached to USDT. This is useful for user
86  * applications if, for example, they need to prepare some arguments that are
87  * passed only to USDTs and preparation is expensive. By checking if USDT is
88  * "activated", an application can avoid paying those costs unnecessarily.
89  * Recent enough kernel has built-in support for automatically managing this
90  * refcount, which libbpf expects and relies on. If USDT is defined without
91  * associated semaphore, this value will be zero. See selftests for semaphore
92  * examples.
93  *
94  * Arguments is the most interesting part. This USDT specification string is
95  * providing information about all the USDT arguments and their locations. The
96  * part before @ sign defined byte size of the argument (1, 2, 4, or 8) and
97  * whether the argument is signed or unsigned (negative size means signed).
98  * The part after @ sign is assembly-like definition of argument location
99  * (see [0] for more details). Technically, assembler can provide some pretty
100  * advanced definitions, but libbpf is currently supporting three most common
101  * cases:
102  *   1) immediate constant, see 5th and 9th args above (-4@$5 and -4@-9);
103  *   2) register value, e.g., 8@%rdx, which means "unsigned 8-byte integer
104  *      whose value is in register %rdx";
105  *   3) memory dereference addressed by register, e.g., -4@-1204(%rbp), which
106  *      specifies signed 32-bit integer stored at offset -1204 bytes from
107  *      memory address stored in %rbp.
108  *
109  *   [0] https://sourceware.org/systemtap/wiki/UserSpaceProbeImplementation
110  *
111  * During attachment, libbpf parses all the relevant USDT specifications and
112  * prepares `struct usdt_spec` (USDT spec), which is then provided to BPF-side
113  * code through spec map. This allows BPF applications to quickly fetch the
114  * actual value at runtime using a simple BPF-side code.
115  *
116  * With basics out of the way, let's go over less immediately obvious aspects
117  * of supporting USDTs.
118  *
119  * First, there is no special USDT BPF program type. It is actually just
120  * a uprobe BPF program (which for kernel, at least currently, is just a kprobe
121  * program, so BPF_PROG_TYPE_KPROBE program type). With the only difference
122  * that uprobe is usually attached at the function entry, while USDT will
123  * normally will be somewhere inside the function. But it should always be
124  * pointing to NOP instruction, which makes such uprobes the fastest uprobe
125  * kind.
126  *
127  * Second, it's important to realize that such STAP_PROBEn(provider, name, ...)
128  * macro invocations can end up being inlined many-many times, depending on
129  * specifics of each individual user application. So single conceptual USDT
130  * (identified by provider:name pair of identifiers) is, generally speaking,
131  * multiple uprobe locations (USDT call sites) in different places in user
132  * application. Further, again due to inlining, each USDT call site might end
133  * up having the same argument #N be located in a different place. In one call
134  * site it could be a constant, in another will end up in a register, and in
135  * yet another could be some other register or even somewhere on the stack.
136  *
137  * As such, "attaching to USDT" means (in general case) attaching the same
138  * uprobe BPF program to multiple target locations in user application, each
139  * potentially having a completely different USDT spec associated with it.
140  * To wire all this up together libbpf allocates a unique integer spec ID for
141  * each unique USDT spec. Spec IDs are allocated as sequential small integers
142  * so that they can be used as keys in array BPF map (for performance reasons).
143  * Spec ID allocation and accounting is big part of what usdt_manager is
144  * about. This state has to be maintained per-BPF object and coordinate
145  * between different USDT attachments within the same BPF object.
146  *
147  * Spec ID is the key in spec BPF map, value is the actual USDT spec layed out
148  * as struct usdt_spec. Each invocation of BPF program at runtime needs to
149  * know its associated spec ID. It gets it either through BPF cookie, which
150  * libbpf sets to spec ID during attach time, or, if kernel is too old to
151  * support BPF cookie, through IP-to-spec-ID map that libbpf maintains in such
152  * case. The latter means that some modes of operation can't be supported
153  * without BPF cookie. Such mode is attaching to shared library "generically",
154  * without specifying target process. In such case, it's impossible to
155  * calculate absolute IP addresses for IP-to-spec-ID map, and thus such mode
156  * is not supported without BPF cookie support.
157  *
158  * Note that libbpf is using BPF cookie functionality for its own internal
159  * needs, so user itself can't rely on BPF cookie feature. To that end, libbpf
160  * provides conceptually equivalent USDT cookie support. It's still u64
161  * user-provided value that can be associated with USDT attachment. Note that
162  * this will be the same value for all USDT call sites within the same single
163  * *logical* USDT attachment. This makes sense because to user attaching to
164  * USDT is a single BPF program triggered for singular USDT probe. The fact
165  * that this is done at multiple actual locations is a mostly hidden
166  * implementation details. This USDT cookie value can be fetched with
167  * bpf_usdt_cookie(ctx) API provided by usdt.bpf.h
168  *
169  * Lastly, while single USDT can have tons of USDT call sites, it doesn't
170  * necessarily have that many different USDT specs. It very well might be
171  * that 1000 USDT call sites only need 5 different USDT specs, because all the
172  * arguments are typically contained in a small set of registers or stack
173  * locations. As such, it's wasteful to allocate as many USDT spec IDs as
174  * there are USDT call sites. So libbpf tries to be frugal and performs
175  * on-the-fly deduplication during a single USDT attachment to only allocate
176  * the minimal required amount of unique USDT specs (and thus spec IDs). This
177  * is trivially achieved by using USDT spec string (Arguments string from USDT
178  * note) as a lookup key in a hashmap. USDT spec string uniquely defines
179  * everything about how to fetch USDT arguments, so two USDT call sites
180  * sharing USDT spec string can safely share the same USDT spec and spec ID.
181  * Note, this spec string deduplication is happening only during the same USDT
182  * attachment, so each USDT spec shares the same USDT cookie value. This is
183  * not generally true for other USDT attachments within the same BPF object,
184  * as even if USDT spec string is the same, USDT cookie value can be
185  * different. It was deemed excessive to try to deduplicate across independent
186  * USDT attachments by taking into account USDT spec string *and* USDT cookie
187  * value, which would complicated spec ID accounting significantly for little
188  * gain.
189  */
190
191 #define USDT_BASE_SEC ".stapsdt.base"
192 #define USDT_SEMA_SEC ".probes"
193 #define USDT_NOTE_SEC  ".note.stapsdt"
194 #define USDT_NOTE_TYPE 3
195 #define USDT_NOTE_NAME "stapsdt"
196
197 /* should match exactly enum __bpf_usdt_arg_type from usdt.bpf.h */
198 enum usdt_arg_type {
199         USDT_ARG_CONST,
200         USDT_ARG_REG,
201         USDT_ARG_REG_DEREF,
202 };
203
204 /* should match exactly struct __bpf_usdt_arg_spec from usdt.bpf.h */
205 struct usdt_arg_spec {
206         __u64 val_off;
207         enum usdt_arg_type arg_type;
208         short reg_off;
209         bool arg_signed;
210         char arg_bitshift;
211 };
212
213 /* should match BPF_USDT_MAX_ARG_CNT in usdt.bpf.h */
214 #define USDT_MAX_ARG_CNT 12
215
216 /* should match struct __bpf_usdt_spec from usdt.bpf.h */
217 struct usdt_spec {
218         struct usdt_arg_spec args[USDT_MAX_ARG_CNT];
219         __u64 usdt_cookie;
220         short arg_cnt;
221 };
222
223 struct usdt_note {
224         const char *provider;
225         const char *name;
226         /* USDT args specification string, e.g.:
227          * "-4@%esi -4@-24(%rbp) -4@%ecx 2@%ax 8@%rdx"
228          */
229         const char *args;
230         long loc_addr;
231         long base_addr;
232         long sema_addr;
233 };
234
235 struct usdt_target {
236         long abs_ip;
237         long rel_ip;
238         long sema_off;
239         struct usdt_spec spec;
240         const char *spec_str;
241 };
242
243 struct usdt_manager {
244         struct bpf_map *specs_map;
245         struct bpf_map *ip_to_spec_id_map;
246
247         int *free_spec_ids;
248         size_t free_spec_cnt;
249         size_t next_free_spec_id;
250
251         bool has_bpf_cookie;
252         bool has_sema_refcnt;
253         bool has_uprobe_multi;
254 };
255
256 struct usdt_manager *usdt_manager_new(struct bpf_object *obj)
257 {
258         static const char *ref_ctr_sysfs_path = "/sys/bus/event_source/devices/uprobe/format/ref_ctr_offset";
259         struct usdt_manager *man;
260         struct bpf_map *specs_map, *ip_to_spec_id_map;
261
262         specs_map = bpf_object__find_map_by_name(obj, "__bpf_usdt_specs");
263         ip_to_spec_id_map = bpf_object__find_map_by_name(obj, "__bpf_usdt_ip_to_spec_id");
264         if (!specs_map || !ip_to_spec_id_map) {
265                 pr_warn("usdt: failed to find USDT support BPF maps, did you forget to include bpf/usdt.bpf.h?\n");
266                 return ERR_PTR(-ESRCH);
267         }
268
269         man = calloc(1, sizeof(*man));
270         if (!man)
271                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
272
273         man->specs_map = specs_map;
274         man->ip_to_spec_id_map = ip_to_spec_id_map;
275
276         /* Detect if BPF cookie is supported for kprobes.
277          * We don't need IP-to-ID mapping if we can use BPF cookies.
278          * Added in: 7adfc6c9b315 ("bpf: Add bpf_get_attach_cookie() BPF helper to access bpf_cookie value")
279          */
280         man->has_bpf_cookie = kernel_supports(obj, FEAT_BPF_COOKIE);
281
282         /* Detect kernel support for automatic refcounting of USDT semaphore.
283          * If this is not supported, USDTs with semaphores will not be supported.
284          * Added in: a6ca88b241d5 ("trace_uprobe: support reference counter in fd-based uprobe")
285          */
286         man->has_sema_refcnt = faccessat(AT_FDCWD, ref_ctr_sysfs_path, F_OK, AT_EACCESS) == 0;
287
288         /*
289          * Detect kernel support for uprobe multi link to be used for attaching
290          * usdt probes.
291          */
292         man->has_uprobe_multi = kernel_supports(obj, FEAT_UPROBE_MULTI_LINK);
293         return man;
294 }
295
296 void usdt_manager_free(struct usdt_manager *man)
297 {
298         if (IS_ERR_OR_NULL(man))
299                 return;
300
301         free(man->free_spec_ids);
302         free(man);
303 }
304
305 static int sanity_check_usdt_elf(Elf *elf, const char *path)
306 {
307         GElf_Ehdr ehdr;
308         int endianness;
309
310         if (elf_kind(elf) != ELF_K_ELF) {
311                 pr_warn("usdt: unrecognized ELF kind %d for '%s'\n", elf_kind(elf), path);
312                 return -EBADF;
313         }
314
315         switch (gelf_getclass(elf)) {
316         case ELFCLASS64:
317                 if (sizeof(void *) != 8) {
318                         pr_warn("usdt: attaching to 64-bit ELF binary '%s' is not supported\n", path);
319                         return -EBADF;
320                 }
321                 break;
322         case ELFCLASS32:
323                 if (sizeof(void *) != 4) {
324                         pr_warn("usdt: attaching to 32-bit ELF binary '%s' is not supported\n", path);
325                         return -EBADF;
326                 }
327                 break;
328         default:
329                 pr_warn("usdt: unsupported ELF class for '%s'\n", path);
330                 return -EBADF;
331         }
332
333         if (!gelf_getehdr(elf, &ehdr))
334                 return -EINVAL;
335
336         if (ehdr.e_type != ET_EXEC && ehdr.e_type != ET_DYN) {
337                 pr_warn("usdt: unsupported type of ELF binary '%s' (%d), only ET_EXEC and ET_DYN are supported\n",
338                         path, ehdr.e_type);
339                 return -EBADF;
340         }
341
342 #if __BYTE_ORDER__ == __ORDER_LITTLE_ENDIAN__
343         endianness = ELFDATA2LSB;
344 #elif __BYTE_ORDER__ == __ORDER_BIG_ENDIAN__
345         endianness = ELFDATA2MSB;
346 #else
347 # error "Unrecognized __BYTE_ORDER__"
348 #endif
349         if (endianness != ehdr.e_ident[EI_DATA]) {
350                 pr_warn("usdt: ELF endianness mismatch for '%s'\n", path);
351                 return -EBADF;
352         }
353
354         return 0;
355 }
356
357 static int find_elf_sec_by_name(Elf *elf, const char *sec_name, GElf_Shdr *shdr, Elf_Scn **scn)
358 {
359         Elf_Scn *sec = NULL;
360         size_t shstrndx;
361
362         if (elf_getshdrstrndx(elf, &shstrndx))
363                 return -EINVAL;
364
365         /* check if ELF is corrupted and avoid calling elf_strptr if yes */
366         if (!elf_rawdata(elf_getscn(elf, shstrndx), NULL))
367                 return -EINVAL;
368
369         while ((sec = elf_nextscn(elf, sec)) != NULL) {
370                 char *name;
371
372                 if (!gelf_getshdr(sec, shdr))
373                         return -EINVAL;
374
375                 name = elf_strptr(elf, shstrndx, shdr->sh_name);
376                 if (name && strcmp(sec_name, name) == 0) {
377                         *scn = sec;
378                         return 0;
379                 }
380         }
381
382         return -ENOENT;
383 }
384
385 struct elf_seg {
386         long start;
387         long end;
388         long offset;
389         bool is_exec;
390 };
391
392 static int cmp_elf_segs(const void *_a, const void *_b)
393 {
394         const struct elf_seg *a = _a;
395         const struct elf_seg *b = _b;
396
397         return a->start < b->start ? -1 : 1;
398 }
399
400 static int parse_elf_segs(Elf *elf, const char *path, struct elf_seg **segs, size_t *seg_cnt)
401 {
402         GElf_Phdr phdr;
403         size_t n;
404         int i, err;
405         struct elf_seg *seg;
406         void *tmp;
407
408         *seg_cnt = 0;
409
410         if (elf_getphdrnum(elf, &n)) {
411                 err = -errno;
412                 return err;
413         }
414
415         for (i = 0; i < n; i++) {
416                 if (!gelf_getphdr(elf, i, &phdr)) {
417                         err = -errno;
418                         return err;
419                 }
420
421                 pr_debug("usdt: discovered PHDR #%d in '%s': vaddr 0x%lx memsz 0x%lx offset 0x%lx type 0x%lx flags 0x%lx\n",
422                          i, path, (long)phdr.p_vaddr, (long)phdr.p_memsz, (long)phdr.p_offset,
423                          (long)phdr.p_type, (long)phdr.p_flags);
424                 if (phdr.p_type != PT_LOAD)
425                         continue;
426
427                 tmp = libbpf_reallocarray(*segs, *seg_cnt + 1, sizeof(**segs));
428                 if (!tmp)
429                         return -ENOMEM;
430
431                 *segs = tmp;
432                 seg = *segs + *seg_cnt;
433                 (*seg_cnt)++;
434
435                 seg->start = phdr.p_vaddr;
436                 seg->end = phdr.p_vaddr + phdr.p_memsz;
437                 seg->offset = phdr.p_offset;
438                 seg->is_exec = phdr.p_flags & PF_X;
439         }
440
441         if (*seg_cnt == 0) {
442                 pr_warn("usdt: failed to find PT_LOAD program headers in '%s'\n", path);
443                 return -ESRCH;
444         }
445
446         qsort(*segs, *seg_cnt, sizeof(**segs), cmp_elf_segs);
447         return 0;
448 }
449
450 static int parse_vma_segs(int pid, const char *lib_path, struct elf_seg **segs, size_t *seg_cnt)
451 {
452         char path[PATH_MAX], line[PATH_MAX], mode[16];
453         size_t seg_start, seg_end, seg_off;
454         struct elf_seg *seg;
455         int tmp_pid, i, err;
456         FILE *f;
457
458         *seg_cnt = 0;
459
460         /* Handle containerized binaries only accessible from
461          * /proc/<pid>/root/<path>. They will be reported as just /<path> in
462          * /proc/<pid>/maps.
463          */
464         if (sscanf(lib_path, "/proc/%d/root%s", &tmp_pid, path) == 2 && pid == tmp_pid)
465                 goto proceed;
466
467         if (!realpath(lib_path, path)) {
468                 pr_warn("usdt: failed to get absolute path of '%s' (err %d), using path as is...\n",
469                         lib_path, -errno);
470                 libbpf_strlcpy(path, lib_path, sizeof(path));
471         }
472
473 proceed:
474         sprintf(line, "/proc/%d/maps", pid);
475         f = fopen(line, "re");
476         if (!f) {
477                 err = -errno;
478                 pr_warn("usdt: failed to open '%s' to get base addr of '%s': %d\n",
479                         line, lib_path, err);
480                 return err;
481         }
482
483         /* We need to handle lines with no path at the end:
484          *
485          * 7f5c6f5d1000-7f5c6f5d3000 rw-p 001c7000 08:04 21238613      /usr/lib64/libc-2.17.so
486          * 7f5c6f5d3000-7f5c6f5d8000 rw-p 00000000 00:00 0
487          * 7f5c6f5d8000-7f5c6f5d9000 r-xp 00000000 103:01 362990598    /data/users/andriin/linux/tools/bpf/usdt/libhello_usdt.so
488          */
489         while (fscanf(f, "%zx-%zx %s %zx %*s %*d%[^\n]\n",
490                       &seg_start, &seg_end, mode, &seg_off, line) == 5) {
491                 void *tmp;
492
493                 /* to handle no path case (see above) we need to capture line
494                  * without skipping any whitespaces. So we need to strip
495                  * leading whitespaces manually here
496                  */
497                 i = 0;
498                 while (isblank(line[i]))
499                         i++;
500                 if (strcmp(line + i, path) != 0)
501                         continue;
502
503                 pr_debug("usdt: discovered segment for lib '%s': addrs %zx-%zx mode %s offset %zx\n",
504                          path, seg_start, seg_end, mode, seg_off);
505
506                 /* ignore non-executable sections for shared libs */
507                 if (mode[2] != 'x')
508                         continue;
509
510                 tmp = libbpf_reallocarray(*segs, *seg_cnt + 1, sizeof(**segs));
511                 if (!tmp) {
512                         err = -ENOMEM;
513                         goto err_out;
514                 }
515
516                 *segs = tmp;
517                 seg = *segs + *seg_cnt;
518                 *seg_cnt += 1;
519
520                 seg->start = seg_start;
521                 seg->end = seg_end;
522                 seg->offset = seg_off;
523                 seg->is_exec = true;
524         }
525
526         if (*seg_cnt == 0) {
527                 pr_warn("usdt: failed to find '%s' (resolved to '%s') within PID %d memory mappings\n",
528                         lib_path, path, pid);
529                 err = -ESRCH;
530                 goto err_out;
531         }
532
533         qsort(*segs, *seg_cnt, sizeof(**segs), cmp_elf_segs);
534         err = 0;
535 err_out:
536         fclose(f);
537         return err;
538 }
539
540 static struct elf_seg *find_elf_seg(struct elf_seg *segs, size_t seg_cnt, long virtaddr)
541 {
542         struct elf_seg *seg;
543         int i;
544
545         /* for ELF binaries (both executables and shared libraries), we are
546          * given virtual address (absolute for executables, relative for
547          * libraries) which should match address range of [seg_start, seg_end)
548          */
549         for (i = 0, seg = segs; i < seg_cnt; i++, seg++) {
550                 if (seg->start <= virtaddr && virtaddr < seg->end)
551                         return seg;
552         }
553         return NULL;
554 }
555
556 static struct elf_seg *find_vma_seg(struct elf_seg *segs, size_t seg_cnt, long offset)
557 {
558         struct elf_seg *seg;
559         int i;
560
561         /* for VMA segments from /proc/<pid>/maps file, provided "address" is
562          * actually a file offset, so should be fall within logical
563          * offset-based range of [offset_start, offset_end)
564          */
565         for (i = 0, seg = segs; i < seg_cnt; i++, seg++) {
566                 if (seg->offset <= offset && offset < seg->offset + (seg->end - seg->start))
567                         return seg;
568         }
569         return NULL;
570 }
571
572 static int parse_usdt_note(Elf *elf, const char *path, GElf_Nhdr *nhdr,
573                            const char *data, size_t name_off, size_t desc_off,
574                            struct usdt_note *usdt_note);
575
576 static int parse_usdt_spec(struct usdt_spec *spec, const struct usdt_note *note, __u64 usdt_cookie);
577
578 static int collect_usdt_targets(struct usdt_manager *man, Elf *elf, const char *path, pid_t pid,
579                                 const char *usdt_provider, const char *usdt_name, __u64 usdt_cookie,
580                                 struct usdt_target **out_targets, size_t *out_target_cnt)
581 {
582         size_t off, name_off, desc_off, seg_cnt = 0, vma_seg_cnt = 0, target_cnt = 0;
583         struct elf_seg *segs = NULL, *vma_segs = NULL;
584         struct usdt_target *targets = NULL, *target;
585         long base_addr = 0;
586         Elf_Scn *notes_scn, *base_scn;
587         GElf_Shdr base_shdr, notes_shdr;
588         GElf_Ehdr ehdr;
589         GElf_Nhdr nhdr;
590         Elf_Data *data;
591         int err;
592
593         *out_targets = NULL;
594         *out_target_cnt = 0;
595
596         err = find_elf_sec_by_name(elf, USDT_NOTE_SEC, &notes_shdr, &notes_scn);
597         if (err) {
598                 pr_warn("usdt: no USDT notes section (%s) found in '%s'\n", USDT_NOTE_SEC, path);
599                 return err;
600         }
601
602         if (notes_shdr.sh_type != SHT_NOTE || !gelf_getehdr(elf, &ehdr)) {
603                 pr_warn("usdt: invalid USDT notes section (%s) in '%s'\n", USDT_NOTE_SEC, path);
604                 return -EINVAL;
605         }
606
607         err = parse_elf_segs(elf, path, &segs, &seg_cnt);
608         if (err) {
609                 pr_warn("usdt: failed to process ELF program segments for '%s': %d\n", path, err);
610                 goto err_out;
611         }
612
613         /* .stapsdt.base ELF section is optional, but is used for prelink
614          * offset compensation (see a big comment further below)
615          */
616         if (find_elf_sec_by_name(elf, USDT_BASE_SEC, &base_shdr, &base_scn) == 0)
617                 base_addr = base_shdr.sh_addr;
618
619         data = elf_getdata(notes_scn, 0);
620         off = 0;
621         while ((off = gelf_getnote(data, off, &nhdr, &name_off, &desc_off)) > 0) {
622                 long usdt_abs_ip, usdt_rel_ip, usdt_sema_off = 0;
623                 struct usdt_note note;
624                 struct elf_seg *seg = NULL;
625                 void *tmp;
626
627                 err = parse_usdt_note(elf, path, &nhdr, data->d_buf, name_off, desc_off, &note);
628                 if (err)
629                         goto err_out;
630
631                 if (strcmp(note.provider, usdt_provider) != 0 || strcmp(note.name, usdt_name) != 0)
632                         continue;
633
634                 /* We need to compensate "prelink effect". See [0] for details,
635                  * relevant parts quoted here:
636                  *
637                  * Each SDT probe also expands into a non-allocated ELF note. You can
638                  * find this by looking at SHT_NOTE sections and decoding the format;
639                  * see below for details. Because the note is non-allocated, it means
640                  * there is no runtime cost, and also preserved in both stripped files
641                  * and .debug files.
642                  *
643                  * However, this means that prelink won't adjust the note's contents
644                  * for address offsets. Instead, this is done via the .stapsdt.base
645                  * section. This is a special section that is added to the text. We
646                  * will only ever have one of these sections in a final link and it
647                  * will only ever be one byte long. Nothing about this section itself
648                  * matters, we just use it as a marker to detect prelink address
649                  * adjustments.
650                  *
651                  * Each probe note records the link-time address of the .stapsdt.base
652                  * section alongside the probe PC address. The decoder compares the
653                  * base address stored in the note with the .stapsdt.base section's
654                  * sh_addr. Initially these are the same, but the section header will
655                  * be adjusted by prelink. So the decoder applies the difference to
656                  * the probe PC address to get the correct prelinked PC address; the
657                  * same adjustment is applied to the semaphore address, if any.
658                  *
659                  *   [0] https://sourceware.org/systemtap/wiki/UserSpaceProbeImplementation
660                  */
661                 usdt_abs_ip = note.loc_addr;
662                 if (base_addr)
663                         usdt_abs_ip += base_addr - note.base_addr;
664
665                 /* When attaching uprobes (which is what USDTs basically are)
666                  * kernel expects file offset to be specified, not a relative
667                  * virtual address, so we need to translate virtual address to
668                  * file offset, for both ET_EXEC and ET_DYN binaries.
669                  */
670                 seg = find_elf_seg(segs, seg_cnt, usdt_abs_ip);
671                 if (!seg) {
672                         err = -ESRCH;
673                         pr_warn("usdt: failed to find ELF program segment for '%s:%s' in '%s' at IP 0x%lx\n",
674                                 usdt_provider, usdt_name, path, usdt_abs_ip);
675                         goto err_out;
676                 }
677                 if (!seg->is_exec) {
678                         err = -ESRCH;
679                         pr_warn("usdt: matched ELF binary '%s' segment [0x%lx, 0x%lx) for '%s:%s' at IP 0x%lx is not executable\n",
680                                 path, seg->start, seg->end, usdt_provider, usdt_name,
681                                 usdt_abs_ip);
682                         goto err_out;
683                 }
684                 /* translate from virtual address to file offset */
685                 usdt_rel_ip = usdt_abs_ip - seg->start + seg->offset;
686
687                 if (ehdr.e_type == ET_DYN && !man->has_bpf_cookie) {
688                         /* If we don't have BPF cookie support but need to
689                          * attach to a shared library, we'll need to know and
690                          * record absolute addresses of attach points due to
691                          * the need to lookup USDT spec by absolute IP of
692                          * triggered uprobe. Doing this resolution is only
693                          * possible when we have a specific PID of the process
694                          * that's using specified shared library. BPF cookie
695                          * removes the absolute address limitation as we don't
696                          * need to do this lookup (we just use BPF cookie as
697                          * an index of USDT spec), so for newer kernels with
698                          * BPF cookie support libbpf supports USDT attachment
699                          * to shared libraries with no PID filter.
700                          */
701                         if (pid < 0) {
702                                 pr_warn("usdt: attaching to shared libraries without specific PID is not supported on current kernel\n");
703                                 err = -ENOTSUP;
704                                 goto err_out;
705                         }
706
707                         /* vma_segs are lazily initialized only if necessary */
708                         if (vma_seg_cnt == 0) {
709                                 err = parse_vma_segs(pid, path, &vma_segs, &vma_seg_cnt);
710                                 if (err) {
711                                         pr_warn("usdt: failed to get memory segments in PID %d for shared library '%s': %d\n",
712                                                 pid, path, err);
713                                         goto err_out;
714                                 }
715                         }
716
717                         seg = find_vma_seg(vma_segs, vma_seg_cnt, usdt_rel_ip);
718                         if (!seg) {
719                                 err = -ESRCH;
720                                 pr_warn("usdt: failed to find shared lib memory segment for '%s:%s' in '%s' at relative IP 0x%lx\n",
721                                         usdt_provider, usdt_name, path, usdt_rel_ip);
722                                 goto err_out;
723                         }
724
725                         usdt_abs_ip = seg->start - seg->offset + usdt_rel_ip;
726                 }
727
728                 pr_debug("usdt: probe for '%s:%s' in %s '%s': addr 0x%lx base 0x%lx (resolved abs_ip 0x%lx rel_ip 0x%lx) args '%s' in segment [0x%lx, 0x%lx) at offset 0x%lx\n",
729                          usdt_provider, usdt_name, ehdr.e_type == ET_EXEC ? "exec" : "lib ", path,
730                          note.loc_addr, note.base_addr, usdt_abs_ip, usdt_rel_ip, note.args,
731                          seg ? seg->start : 0, seg ? seg->end : 0, seg ? seg->offset : 0);
732
733                 /* Adjust semaphore address to be a file offset */
734                 if (note.sema_addr) {
735                         if (!man->has_sema_refcnt) {
736                                 pr_warn("usdt: kernel doesn't support USDT semaphore refcounting for '%s:%s' in '%s'\n",
737                                         usdt_provider, usdt_name, path);
738                                 err = -ENOTSUP;
739                                 goto err_out;
740                         }
741
742                         seg = find_elf_seg(segs, seg_cnt, note.sema_addr);
743                         if (!seg) {
744                                 err = -ESRCH;
745                                 pr_warn("usdt: failed to find ELF loadable segment with semaphore of '%s:%s' in '%s' at 0x%lx\n",
746                                         usdt_provider, usdt_name, path, note.sema_addr);
747                                 goto err_out;
748                         }
749                         if (seg->is_exec) {
750                                 err = -ESRCH;
751                                 pr_warn("usdt: matched ELF binary '%s' segment [0x%lx, 0x%lx] for semaphore of '%s:%s' at 0x%lx is executable\n",
752                                         path, seg->start, seg->end, usdt_provider, usdt_name,
753                                         note.sema_addr);
754                                 goto err_out;
755                         }
756
757                         usdt_sema_off = note.sema_addr - seg->start + seg->offset;
758
759                         pr_debug("usdt: sema  for '%s:%s' in %s '%s': addr 0x%lx base 0x%lx (resolved 0x%lx) in segment [0x%lx, 0x%lx] at offset 0x%lx\n",
760                                  usdt_provider, usdt_name, ehdr.e_type == ET_EXEC ? "exec" : "lib ",
761                                  path, note.sema_addr, note.base_addr, usdt_sema_off,
762                                  seg->start, seg->end, seg->offset);
763                 }
764
765                 /* Record adjusted addresses and offsets and parse USDT spec */
766                 tmp = libbpf_reallocarray(targets, target_cnt + 1, sizeof(*targets));
767                 if (!tmp) {
768                         err = -ENOMEM;
769                         goto err_out;
770                 }
771                 targets = tmp;
772
773                 target = &targets[target_cnt];
774                 memset(target, 0, sizeof(*target));
775
776                 target->abs_ip = usdt_abs_ip;
777                 target->rel_ip = usdt_rel_ip;
778                 target->sema_off = usdt_sema_off;
779
780                 /* notes.args references strings from ELF itself, so they can
781                  * be referenced safely until elf_end() call
782                  */
783                 target->spec_str = note.args;
784
785                 err = parse_usdt_spec(&target->spec, &note, usdt_cookie);
786                 if (err)
787                         goto err_out;
788
789                 target_cnt++;
790         }
791
792         *out_targets = targets;
793         *out_target_cnt = target_cnt;
794         err = target_cnt;
795
796 err_out:
797         free(segs);
798         free(vma_segs);
799         if (err < 0)
800                 free(targets);
801         return err;
802 }
803
804 struct bpf_link_usdt {
805         struct bpf_link link;
806
807         struct usdt_manager *usdt_man;
808
809         size_t spec_cnt;
810         int *spec_ids;
811
812         size_t uprobe_cnt;
813         struct {
814                 long abs_ip;
815                 struct bpf_link *link;
816         } *uprobes;
817
818         struct bpf_link *multi_link;
819 };
820
821 static int bpf_link_usdt_detach(struct bpf_link *link)
822 {
823         struct bpf_link_usdt *usdt_link = container_of(link, struct bpf_link_usdt, link);
824         struct usdt_manager *man = usdt_link->usdt_man;
825         int i;
826
827         bpf_link__destroy(usdt_link->multi_link);
828
829         /* When having multi_link, uprobe_cnt is 0 */
830         for (i = 0; i < usdt_link->uprobe_cnt; i++) {
831                 /* detach underlying uprobe link */
832                 bpf_link__destroy(usdt_link->uprobes[i].link);
833                 /* there is no need to update specs map because it will be
834                  * unconditionally overwritten on subsequent USDT attaches,
835                  * but if BPF cookies are not used we need to remove entry
836                  * from ip_to_spec_id map, otherwise we'll run into false
837                  * conflicting IP errors
838                  */
839                 if (!man->has_bpf_cookie) {
840                         /* not much we can do about errors here */
841                         (void)bpf_map_delete_elem(bpf_map__fd(man->ip_to_spec_id_map),
842                                                   &usdt_link->uprobes[i].abs_ip);
843                 }
844         }
845
846         /* try to return the list of previously used spec IDs to usdt_manager
847          * for future reuse for subsequent USDT attaches
848          */
849         if (!man->free_spec_ids) {
850                 /* if there were no free spec IDs yet, just transfer our IDs */
851                 man->free_spec_ids = usdt_link->spec_ids;
852                 man->free_spec_cnt = usdt_link->spec_cnt;
853                 usdt_link->spec_ids = NULL;
854         } else {
855                 /* otherwise concat IDs */
856                 size_t new_cnt = man->free_spec_cnt + usdt_link->spec_cnt;
857                 int *new_free_ids;
858
859                 new_free_ids = libbpf_reallocarray(man->free_spec_ids, new_cnt,
860                                                    sizeof(*new_free_ids));
861                 /* If we couldn't resize free_spec_ids, we'll just leak
862                  * a bunch of free IDs; this is very unlikely to happen and if
863                  * system is so exhausted on memory, it's the least of user's
864                  * concerns, probably.
865                  * So just do our best here to return those IDs to usdt_manager.
866                  * Another edge case when we can legitimately get NULL is when
867                  * new_cnt is zero, which can happen in some edge cases, so we
868                  * need to be careful about that.
869                  */
870                 if (new_free_ids || new_cnt == 0) {
871                         memcpy(new_free_ids + man->free_spec_cnt, usdt_link->spec_ids,
872                                usdt_link->spec_cnt * sizeof(*usdt_link->spec_ids));
873                         man->free_spec_ids = new_free_ids;
874                         man->free_spec_cnt = new_cnt;
875                 }
876         }
877
878         return 0;
879 }
880
881 static void bpf_link_usdt_dealloc(struct bpf_link *link)
882 {
883         struct bpf_link_usdt *usdt_link = container_of(link, struct bpf_link_usdt, link);
884
885         free(usdt_link->spec_ids);
886         free(usdt_link->uprobes);
887         free(usdt_link);
888 }
889
890 static size_t specs_hash_fn(long key, void *ctx)
891 {
892         return str_hash((char *)key);
893 }
894
895 static bool specs_equal_fn(long key1, long key2, void *ctx)
896 {
897         return strcmp((char *)key1, (char *)key2) == 0;
898 }
899
900 static int allocate_spec_id(struct usdt_manager *man, struct hashmap *specs_hash,
901                             struct bpf_link_usdt *link, struct usdt_target *target,
902                             int *spec_id, bool *is_new)
903 {
904         long tmp;
905         void *new_ids;
906         int err;
907
908         /* check if we already allocated spec ID for this spec string */
909         if (hashmap__find(specs_hash, target->spec_str, &tmp)) {
910                 *spec_id = tmp;
911                 *is_new = false;
912                 return 0;
913         }
914
915         /* otherwise it's a new ID that needs to be set up in specs map and
916          * returned back to usdt_manager when USDT link is detached
917          */
918         new_ids = libbpf_reallocarray(link->spec_ids, link->spec_cnt + 1, sizeof(*link->spec_ids));
919         if (!new_ids)
920                 return -ENOMEM;
921         link->spec_ids = new_ids;
922
923         /* get next free spec ID, giving preference to free list, if not empty */
924         if (man->free_spec_cnt) {
925                 *spec_id = man->free_spec_ids[man->free_spec_cnt - 1];
926
927                 /* cache spec ID for current spec string for future lookups */
928                 err = hashmap__add(specs_hash, target->spec_str, *spec_id);
929                 if (err)
930                          return err;
931
932                 man->free_spec_cnt--;
933         } else {
934                 /* don't allocate spec ID bigger than what fits in specs map */
935                 if (man->next_free_spec_id >= bpf_map__max_entries(man->specs_map))
936                         return -E2BIG;
937
938                 *spec_id = man->next_free_spec_id;
939
940                 /* cache spec ID for current spec string for future lookups */
941                 err = hashmap__add(specs_hash, target->spec_str, *spec_id);
942                 if (err)
943                          return err;
944
945                 man->next_free_spec_id++;
946         }
947
948         /* remember new spec ID in the link for later return back to free list on detach */
949         link->spec_ids[link->spec_cnt] = *spec_id;
950         link->spec_cnt++;
951         *is_new = true;
952         return 0;
953 }
954
955 struct bpf_link *usdt_manager_attach_usdt(struct usdt_manager *man, const struct bpf_program *prog,
956                                           pid_t pid, const char *path,
957                                           const char *usdt_provider, const char *usdt_name,
958                                           __u64 usdt_cookie)
959 {
960         unsigned long *offsets = NULL, *ref_ctr_offsets = NULL;
961         int i, err, spec_map_fd, ip_map_fd;
962         LIBBPF_OPTS(bpf_uprobe_opts, opts);
963         struct hashmap *specs_hash = NULL;
964         struct bpf_link_usdt *link = NULL;
965         struct usdt_target *targets = NULL;
966         __u64 *cookies = NULL;
967         struct elf_fd elf_fd;
968         size_t target_cnt;
969
970         spec_map_fd = bpf_map__fd(man->specs_map);
971         ip_map_fd = bpf_map__fd(man->ip_to_spec_id_map);
972
973         err = elf_open(path, &elf_fd);
974         if (err)
975                 return libbpf_err_ptr(err);
976
977         err = sanity_check_usdt_elf(elf_fd.elf, path);
978         if (err)
979                 goto err_out;
980
981         /* normalize PID filter */
982         if (pid < 0)
983                 pid = -1;
984         else if (pid == 0)
985                 pid = getpid();
986
987         /* discover USDT in given binary, optionally limiting
988          * activations to a given PID, if pid > 0
989          */
990         err = collect_usdt_targets(man, elf_fd.elf, path, pid, usdt_provider, usdt_name,
991                                    usdt_cookie, &targets, &target_cnt);
992         if (err <= 0) {
993                 err = (err == 0) ? -ENOENT : err;
994                 goto err_out;
995         }
996
997         specs_hash = hashmap__new(specs_hash_fn, specs_equal_fn, NULL);
998         if (IS_ERR(specs_hash)) {
999                 err = PTR_ERR(specs_hash);
1000                 goto err_out;
1001         }
1002
1003         link = calloc(1, sizeof(*link));
1004         if (!link) {
1005                 err = -ENOMEM;
1006                 goto err_out;
1007         }
1008
1009         link->usdt_man = man;
1010         link->link.detach = &bpf_link_usdt_detach;
1011         link->link.dealloc = &bpf_link_usdt_dealloc;
1012
1013         if (man->has_uprobe_multi) {
1014                 offsets = calloc(target_cnt, sizeof(*offsets));
1015                 cookies = calloc(target_cnt, sizeof(*cookies));
1016                 ref_ctr_offsets = calloc(target_cnt, sizeof(*ref_ctr_offsets));
1017
1018                 if (!offsets || !ref_ctr_offsets || !cookies) {
1019                         err = -ENOMEM;
1020                         goto err_out;
1021                 }
1022         } else {
1023                 link->uprobes = calloc(target_cnt, sizeof(*link->uprobes));
1024                 if (!link->uprobes) {
1025                         err = -ENOMEM;
1026                         goto err_out;
1027                 }
1028         }
1029
1030         for (i = 0; i < target_cnt; i++) {
1031                 struct usdt_target *target = &targets[i];
1032                 struct bpf_link *uprobe_link;
1033                 bool is_new;
1034                 int spec_id;
1035
1036                 /* Spec ID can be either reused or newly allocated. If it is
1037                  * newly allocated, we'll need to fill out spec map, otherwise
1038                  * entire spec should be valid and can be just used by a new
1039                  * uprobe. We reuse spec when USDT arg spec is identical. We
1040                  * also never share specs between two different USDT
1041                  * attachments ("links"), so all the reused specs already
1042                  * share USDT cookie value implicitly.
1043                  */
1044                 err = allocate_spec_id(man, specs_hash, link, target, &spec_id, &is_new);
1045                 if (err)
1046                         goto err_out;
1047
1048                 if (is_new && bpf_map_update_elem(spec_map_fd, &spec_id, &target->spec, BPF_ANY)) {
1049                         err = -errno;
1050                         pr_warn("usdt: failed to set USDT spec #%d for '%s:%s' in '%s': %d\n",
1051                                 spec_id, usdt_provider, usdt_name, path, err);
1052                         goto err_out;
1053                 }
1054                 if (!man->has_bpf_cookie &&
1055                     bpf_map_update_elem(ip_map_fd, &target->abs_ip, &spec_id, BPF_NOEXIST)) {
1056                         err = -errno;
1057                         if (err == -EEXIST) {
1058                                 pr_warn("usdt: IP collision detected for spec #%d for '%s:%s' in '%s'\n",
1059                                         spec_id, usdt_provider, usdt_name, path);
1060                         } else {
1061                                 pr_warn("usdt: failed to map IP 0x%lx to spec #%d for '%s:%s' in '%s': %d\n",
1062                                         target->abs_ip, spec_id, usdt_provider, usdt_name,
1063                                         path, err);
1064                         }
1065                         goto err_out;
1066                 }
1067
1068                 if (man->has_uprobe_multi) {
1069                         offsets[i] = target->rel_ip;
1070                         ref_ctr_offsets[i] = target->sema_off;
1071                         cookies[i] = spec_id;
1072                 } else {
1073                         opts.ref_ctr_offset = target->sema_off;
1074                         opts.bpf_cookie = man->has_bpf_cookie ? spec_id : 0;
1075                         uprobe_link = bpf_program__attach_uprobe_opts(prog, pid, path,
1076                                                                       target->rel_ip, &opts);
1077                         err = libbpf_get_error(uprobe_link);
1078                         if (err) {
1079                                 pr_warn("usdt: failed to attach uprobe #%d for '%s:%s' in '%s': %d\n",
1080                                         i, usdt_provider, usdt_name, path, err);
1081                                 goto err_out;
1082                         }
1083
1084                         link->uprobes[i].link = uprobe_link;
1085                         link->uprobes[i].abs_ip = target->abs_ip;
1086                         link->uprobe_cnt++;
1087                 }
1088         }
1089
1090         if (man->has_uprobe_multi) {
1091                 LIBBPF_OPTS(bpf_uprobe_multi_opts, opts_multi,
1092                         .ref_ctr_offsets = ref_ctr_offsets,
1093                         .offsets = offsets,
1094                         .cookies = cookies,
1095                         .cnt = target_cnt,
1096                 );
1097
1098                 link->multi_link = bpf_program__attach_uprobe_multi(prog, pid, path,
1099                                                                     NULL, &opts_multi);
1100                 if (!link->multi_link) {
1101                         err = -errno;
1102                         pr_warn("usdt: failed to attach uprobe multi for '%s:%s' in '%s': %d\n",
1103                                 usdt_provider, usdt_name, path, err);
1104                         goto err_out;
1105                 }
1106
1107                 free(offsets);
1108                 free(ref_ctr_offsets);
1109                 free(cookies);
1110         }
1111
1112         free(targets);
1113         hashmap__free(specs_hash);
1114         elf_close(&elf_fd);
1115         return &link->link;
1116
1117 err_out:
1118         free(offsets);
1119         free(ref_ctr_offsets);
1120         free(cookies);
1121
1122         if (link)
1123                 bpf_link__destroy(&link->link);
1124         free(targets);
1125         hashmap__free(specs_hash);
1126         elf_close(&elf_fd);
1127         return libbpf_err_ptr(err);
1128 }
1129
1130 /* Parse out USDT ELF note from '.note.stapsdt' section.
1131  * Logic inspired by perf's code.
1132  */
1133 static int parse_usdt_note(Elf *elf, const char *path, GElf_Nhdr *nhdr,
1134                            const char *data, size_t name_off, size_t desc_off,
1135                            struct usdt_note *note)
1136 {
1137         const char *provider, *name, *args;
1138         long addrs[3];
1139         size_t len;
1140
1141         /* sanity check USDT note name and type first */
1142         if (strncmp(data + name_off, USDT_NOTE_NAME, nhdr->n_namesz) != 0)
1143                 return -EINVAL;
1144         if (nhdr->n_type != USDT_NOTE_TYPE)
1145                 return -EINVAL;
1146
1147         /* sanity check USDT note contents ("description" in ELF terminology) */
1148         len = nhdr->n_descsz;
1149         data = data + desc_off;
1150
1151         /* +3 is the very minimum required to store three empty strings */
1152         if (len < sizeof(addrs) + 3)
1153                 return -EINVAL;
1154
1155         /* get location, base, and semaphore addrs */
1156         memcpy(&addrs, data, sizeof(addrs));
1157
1158         /* parse string fields: provider, name, args */
1159         provider = data + sizeof(addrs);
1160
1161         name = (const char *)memchr(provider, '\0', data + len - provider);
1162         if (!name) /* non-zero-terminated provider */
1163                 return -EINVAL;
1164         name++;
1165         if (name >= data + len || *name == '\0') /* missing or empty name */
1166                 return -EINVAL;
1167
1168         args = memchr(name, '\0', data + len - name);
1169         if (!args) /* non-zero-terminated name */
1170                 return -EINVAL;
1171         ++args;
1172         if (args >= data + len) /* missing arguments spec */
1173                 return -EINVAL;
1174
1175         note->provider = provider;
1176         note->name = name;
1177         if (*args == '\0' || *args == ':')
1178                 note->args = "";
1179         else
1180                 note->args = args;
1181         note->loc_addr = addrs[0];
1182         note->base_addr = addrs[1];
1183         note->sema_addr = addrs[2];
1184
1185         return 0;
1186 }
1187
1188 static int parse_usdt_arg(const char *arg_str, int arg_num, struct usdt_arg_spec *arg, int *arg_sz);
1189
1190 static int parse_usdt_spec(struct usdt_spec *spec, const struct usdt_note *note, __u64 usdt_cookie)
1191 {
1192         struct usdt_arg_spec *arg;
1193         const char *s;
1194         int arg_sz, len;
1195
1196         spec->usdt_cookie = usdt_cookie;
1197         spec->arg_cnt = 0;
1198
1199         s = note->args;
1200         while (s[0]) {
1201                 if (spec->arg_cnt >= USDT_MAX_ARG_CNT) {
1202                         pr_warn("usdt: too many USDT arguments (> %d) for '%s:%s' with args spec '%s'\n",
1203                                 USDT_MAX_ARG_CNT, note->provider, note->name, note->args);
1204                         return -E2BIG;
1205                 }
1206
1207                 arg = &spec->args[spec->arg_cnt];
1208                 len = parse_usdt_arg(s, spec->arg_cnt, arg, &arg_sz);
1209                 if (len < 0)
1210                         return len;
1211
1212                 arg->arg_signed = arg_sz < 0;
1213                 if (arg_sz < 0)
1214                         arg_sz = -arg_sz;
1215
1216                 switch (arg_sz) {
1217                 case 1: case 2: case 4: case 8:
1218                         arg->arg_bitshift = 64 - arg_sz * 8;
1219                         break;
1220                 default:
1221                         pr_warn("usdt: unsupported arg #%d (spec '%s') size: %d\n",
1222                                 spec->arg_cnt, s, arg_sz);
1223                         return -EINVAL;
1224                 }
1225
1226                 s += len;
1227                 spec->arg_cnt++;
1228         }
1229
1230         return 0;
1231 }
1232
1233 /* Architecture-specific logic for parsing USDT argument location specs */
1234
1235 #if defined(__x86_64__) || defined(__i386__)
1236
1237 static int calc_pt_regs_off(const char *reg_name)
1238 {
1239         static struct {
1240                 const char *names[4];
1241                 size_t pt_regs_off;
1242         } reg_map[] = {
1243 #ifdef __x86_64__
1244 #define reg_off(reg64, reg32) offsetof(struct pt_regs, reg64)
1245 #else
1246 #define reg_off(reg64, reg32) offsetof(struct pt_regs, reg32)
1247 #endif
1248                 { {"rip", "eip", "", ""}, reg_off(rip, eip) },
1249                 { {"rax", "eax", "ax", "al"}, reg_off(rax, eax) },
1250                 { {"rbx", "ebx", "bx", "bl"}, reg_off(rbx, ebx) },
1251                 { {"rcx", "ecx", "cx", "cl"}, reg_off(rcx, ecx) },
1252                 { {"rdx", "edx", "dx", "dl"}, reg_off(rdx, edx) },
1253                 { {"rsi", "esi", "si", "sil"}, reg_off(rsi, esi) },
1254                 { {"rdi", "edi", "di", "dil"}, reg_off(rdi, edi) },
1255                 { {"rbp", "ebp", "bp", "bpl"}, reg_off(rbp, ebp) },
1256                 { {"rsp", "esp", "sp", "spl"}, reg_off(rsp, esp) },
1257 #undef reg_off
1258 #ifdef __x86_64__
1259                 { {"r8", "r8d", "r8w", "r8b"}, offsetof(struct pt_regs, r8) },
1260                 { {"r9", "r9d", "r9w", "r9b"}, offsetof(struct pt_regs, r9) },
1261                 { {"r10", "r10d", "r10w", "r10b"}, offsetof(struct pt_regs, r10) },
1262                 { {"r11", "r11d", "r11w", "r11b"}, offsetof(struct pt_regs, r11) },
1263                 { {"r12", "r12d", "r12w", "r12b"}, offsetof(struct pt_regs, r12) },
1264                 { {"r13", "r13d", "r13w", "r13b"}, offsetof(struct pt_regs, r13) },
1265                 { {"r14", "r14d", "r14w", "r14b"}, offsetof(struct pt_regs, r14) },
1266                 { {"r15", "r15d", "r15w", "r15b"}, offsetof(struct pt_regs, r15) },
1267 #endif
1268         };
1269         int i, j;
1270
1271         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(reg_map); i++) {
1272                 for (j = 0; j < ARRAY_SIZE(reg_map[i].names); j++) {
1273                         if (strcmp(reg_name, reg_map[i].names[j]) == 0)
1274                                 return reg_map[i].pt_regs_off;
1275                 }
1276         }
1277
1278         pr_warn("usdt: unrecognized register '%s'\n", reg_name);
1279         return -ENOENT;
1280 }
1281
1282 static int parse_usdt_arg(const char *arg_str, int arg_num, struct usdt_arg_spec *arg, int *arg_sz)
1283 {
1284         char reg_name[16];
1285         int len, reg_off;
1286         long off;
1287
1288         if (sscanf(arg_str, " %d @ %ld ( %%%15[^)] ) %n", arg_sz, &off, reg_name, &len) == 3) {
1289                 /* Memory dereference case, e.g., -4@-20(%rbp) */
1290                 arg->arg_type = USDT_ARG_REG_DEREF;
1291                 arg->val_off = off;
1292                 reg_off = calc_pt_regs_off(reg_name);
1293                 if (reg_off < 0)
1294                         return reg_off;
1295                 arg->reg_off = reg_off;
1296         } else if (sscanf(arg_str, " %d @ ( %%%15[^)] ) %n", arg_sz, reg_name, &len) == 2) {
1297                 /* Memory dereference case without offset, e.g., 8@(%rsp) */
1298                 arg->arg_type = USDT_ARG_REG_DEREF;
1299                 arg->val_off = 0;
1300                 reg_off = calc_pt_regs_off(reg_name);
1301                 if (reg_off < 0)
1302                         return reg_off;
1303                 arg->reg_off = reg_off;
1304         } else if (sscanf(arg_str, " %d @ %%%15s %n", arg_sz, reg_name, &len) == 2) {
1305                 /* Register read case, e.g., -4@%eax */
1306                 arg->arg_type = USDT_ARG_REG;
1307                 arg->val_off = 0;
1308
1309                 reg_off = calc_pt_regs_off(reg_name);
1310                 if (reg_off < 0)
1311                         return reg_off;
1312                 arg->reg_off = reg_off;
1313         } else if (sscanf(arg_str, " %d @ $%ld %n", arg_sz, &off, &len) == 2) {
1314                 /* Constant value case, e.g., 4@$71 */
1315                 arg->arg_type = USDT_ARG_CONST;
1316                 arg->val_off = off;
1317                 arg->reg_off = 0;
1318         } else {
1319                 pr_warn("usdt: unrecognized arg #%d spec '%s'\n", arg_num, arg_str);
1320                 return -EINVAL;
1321         }
1322
1323         return len;
1324 }
1325
1326 #elif defined(__s390x__)
1327
1328 /* Do not support __s390__ for now, since user_pt_regs is broken with -m31. */
1329
1330 static int parse_usdt_arg(const char *arg_str, int arg_num, struct usdt_arg_spec *arg, int *arg_sz)
1331 {
1332         unsigned int reg;
1333         int len;
1334         long off;
1335
1336         if (sscanf(arg_str, " %d @ %ld ( %%r%u ) %n", arg_sz, &off, &reg, &len) == 3) {
1337                 /* Memory dereference case, e.g., -2@-28(%r15) */
1338                 arg->arg_type = USDT_ARG_REG_DEREF;
1339                 arg->val_off = off;
1340                 if (reg > 15) {
1341                         pr_warn("usdt: unrecognized register '%%r%u'\n", reg);
1342                         return -EINVAL;
1343                 }
1344                 arg->reg_off = offsetof(user_pt_regs, gprs[reg]);
1345         } else if (sscanf(arg_str, " %d @ %%r%u %n", arg_sz, &reg, &len) == 2) {
1346                 /* Register read case, e.g., -8@%r0 */
1347                 arg->arg_type = USDT_ARG_REG;
1348                 arg->val_off = 0;
1349                 if (reg > 15) {
1350                         pr_warn("usdt: unrecognized register '%%r%u'\n", reg);
1351                         return -EINVAL;
1352                 }
1353                 arg->reg_off = offsetof(user_pt_regs, gprs[reg]);
1354         } else if (sscanf(arg_str, " %d @ %ld %n", arg_sz, &off, &len) == 2) {
1355                 /* Constant value case, e.g., 4@71 */
1356                 arg->arg_type = USDT_ARG_CONST;
1357                 arg->val_off = off;
1358                 arg->reg_off = 0;
1359         } else {
1360                 pr_warn("usdt: unrecognized arg #%d spec '%s'\n", arg_num, arg_str);
1361                 return -EINVAL;
1362         }
1363
1364         return len;
1365 }
1366
1367 #elif defined(__aarch64__)
1368
1369 static int calc_pt_regs_off(const char *reg_name)
1370 {
1371         int reg_num;
1372
1373         if (sscanf(reg_name, "x%d", &reg_num) == 1) {
1374                 if (reg_num >= 0 && reg_num < 31)
1375                         return offsetof(struct user_pt_regs, regs[reg_num]);
1376         } else if (strcmp(reg_name, "sp") == 0) {
1377                 return offsetof(struct user_pt_regs, sp);
1378         }
1379         pr_warn("usdt: unrecognized register '%s'\n", reg_name);
1380         return -ENOENT;
1381 }
1382
1383 static int parse_usdt_arg(const char *arg_str, int arg_num, struct usdt_arg_spec *arg, int *arg_sz)
1384 {
1385         char reg_name[16];
1386         int len, reg_off;
1387         long off;
1388
1389         if (sscanf(arg_str, " %d @ \[ %15[a-z0-9] , %ld ] %n", arg_sz, reg_name, &off, &len) == 3) {
1390                 /* Memory dereference case, e.g., -4@[sp, 96] */
1391                 arg->arg_type = USDT_ARG_REG_DEREF;
1392                 arg->val_off = off;
1393                 reg_off = calc_pt_regs_off(reg_name);
1394                 if (reg_off < 0)
1395                         return reg_off;
1396                 arg->reg_off = reg_off;
1397         } else if (sscanf(arg_str, " %d @ \[ %15[a-z0-9] ] %n", arg_sz, reg_name, &len) == 2) {
1398                 /* Memory dereference case, e.g., -4@[sp] */
1399                 arg->arg_type = USDT_ARG_REG_DEREF;
1400                 arg->val_off = 0;
1401                 reg_off = calc_pt_regs_off(reg_name);
1402                 if (reg_off < 0)
1403                         return reg_off;
1404                 arg->reg_off = reg_off;
1405         } else if (sscanf(arg_str, " %d @ %ld %n", arg_sz, &off, &len) == 2) {
1406                 /* Constant value case, e.g., 4@5 */
1407                 arg->arg_type = USDT_ARG_CONST;
1408                 arg->val_off = off;
1409                 arg->reg_off = 0;
1410         } else if (sscanf(arg_str, " %d @ %15[a-z0-9] %n", arg_sz, reg_name, &len) == 2) {
1411                 /* Register read case, e.g., -8@x4 */
1412                 arg->arg_type = USDT_ARG_REG;
1413                 arg->val_off = 0;
1414                 reg_off = calc_pt_regs_off(reg_name);
1415                 if (reg_off < 0)
1416                         return reg_off;
1417                 arg->reg_off = reg_off;
1418         } else {
1419                 pr_warn("usdt: unrecognized arg #%d spec '%s'\n", arg_num, arg_str);
1420                 return -EINVAL;
1421         }
1422
1423         return len;
1424 }
1425
1426 #elif defined(__riscv)
1427
1428 static int calc_pt_regs_off(const char *reg_name)
1429 {
1430         static struct {
1431                 const char *name;
1432                 size_t pt_regs_off;
1433         } reg_map[] = {
1434                 { "ra", offsetof(struct user_regs_struct, ra) },
1435                 { "sp", offsetof(struct user_regs_struct, sp) },
1436                 { "gp", offsetof(struct user_regs_struct, gp) },
1437                 { "tp", offsetof(struct user_regs_struct, tp) },
1438                 { "a0", offsetof(struct user_regs_struct, a0) },
1439                 { "a1", offsetof(struct user_regs_struct, a1) },
1440                 { "a2", offsetof(struct user_regs_struct, a2) },
1441                 { "a3", offsetof(struct user_regs_struct, a3) },
1442                 { "a4", offsetof(struct user_regs_struct, a4) },
1443                 { "a5", offsetof(struct user_regs_struct, a5) },
1444                 { "a6", offsetof(struct user_regs_struct, a6) },
1445                 { "a7", offsetof(struct user_regs_struct, a7) },
1446                 { "s0", offsetof(struct user_regs_struct, s0) },
1447                 { "s1", offsetof(struct user_regs_struct, s1) },
1448                 { "s2", offsetof(struct user_regs_struct, s2) },
1449                 { "s3", offsetof(struct user_regs_struct, s3) },
1450                 { "s4", offsetof(struct user_regs_struct, s4) },
1451                 { "s5", offsetof(struct user_regs_struct, s5) },
1452                 { "s6", offsetof(struct user_regs_struct, s6) },
1453                 { "s7", offsetof(struct user_regs_struct, s7) },
1454                 { "s8", offsetof(struct user_regs_struct, rv_s8) },
1455                 { "s9", offsetof(struct user_regs_struct, s9) },
1456                 { "s10", offsetof(struct user_regs_struct, s10) },
1457                 { "s11", offsetof(struct user_regs_struct, s11) },
1458                 { "t0", offsetof(struct user_regs_struct, t0) },
1459                 { "t1", offsetof(struct user_regs_struct, t1) },
1460                 { "t2", offsetof(struct user_regs_struct, t2) },
1461                 { "t3", offsetof(struct user_regs_struct, t3) },
1462                 { "t4", offsetof(struct user_regs_struct, t4) },
1463                 { "t5", offsetof(struct user_regs_struct, t5) },
1464                 { "t6", offsetof(struct user_regs_struct, t6) },
1465         };
1466         int i;
1467
1468         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(reg_map); i++) {
1469                 if (strcmp(reg_name, reg_map[i].name) == 0)
1470                         return reg_map[i].pt_regs_off;
1471         }
1472
1473         pr_warn("usdt: unrecognized register '%s'\n", reg_name);
1474         return -ENOENT;
1475 }
1476
1477 static int parse_usdt_arg(const char *arg_str, int arg_num, struct usdt_arg_spec *arg, int *arg_sz)
1478 {
1479         char reg_name[16];
1480         int len, reg_off;
1481         long off;
1482
1483         if (sscanf(arg_str, " %d @ %ld ( %15[a-z0-9] ) %n", arg_sz, &off, reg_name, &len) == 3) {
1484                 /* Memory dereference case, e.g., -8@-88(s0) */
1485                 arg->arg_type = USDT_ARG_REG_DEREF;
1486                 arg->val_off = off;
1487                 reg_off = calc_pt_regs_off(reg_name);
1488                 if (reg_off < 0)
1489                         return reg_off;
1490                 arg->reg_off = reg_off;
1491         } else if (sscanf(arg_str, " %d @ %ld %n", arg_sz, &off, &len) == 2) {
1492                 /* Constant value case, e.g., 4@5 */
1493                 arg->arg_type = USDT_ARG_CONST;
1494                 arg->val_off = off;
1495                 arg->reg_off = 0;
1496         } else if (sscanf(arg_str, " %d @ %15[a-z0-9] %n", arg_sz, reg_name, &len) == 2) {
1497                 /* Register read case, e.g., -8@a1 */
1498                 arg->arg_type = USDT_ARG_REG;
1499                 arg->val_off = 0;
1500                 reg_off = calc_pt_regs_off(reg_name);
1501                 if (reg_off < 0)
1502                         return reg_off;
1503                 arg->reg_off = reg_off;
1504         } else {
1505                 pr_warn("usdt: unrecognized arg #%d spec '%s'\n", arg_num, arg_str);
1506                 return -EINVAL;
1507         }
1508
1509         return len;
1510 }
1511
1512 #elif defined(__arm__)
1513
1514 static int calc_pt_regs_off(const char *reg_name)
1515 {
1516         static struct {
1517                 const char *name;
1518                 size_t pt_regs_off;
1519         } reg_map[] = {
1520                 { "r0", offsetof(struct pt_regs, uregs[0]) },
1521                 { "r1", offsetof(struct pt_regs, uregs[1]) },
1522                 { "r2", offsetof(struct pt_regs, uregs[2]) },
1523                 { "r3", offsetof(struct pt_regs, uregs[3]) },
1524                 { "r4", offsetof(struct pt_regs, uregs[4]) },
1525                 { "r5", offsetof(struct pt_regs, uregs[5]) },
1526                 { "r6", offsetof(struct pt_regs, uregs[6]) },
1527                 { "r7", offsetof(struct pt_regs, uregs[7]) },
1528                 { "r8", offsetof(struct pt_regs, uregs[8]) },
1529                 { "r9", offsetof(struct pt_regs, uregs[9]) },
1530                 { "r10", offsetof(struct pt_regs, uregs[10]) },
1531                 { "fp", offsetof(struct pt_regs, uregs[11]) },
1532                 { "ip", offsetof(struct pt_regs, uregs[12]) },
1533                 { "sp", offsetof(struct pt_regs, uregs[13]) },
1534                 { "lr", offsetof(struct pt_regs, uregs[14]) },
1535                 { "pc", offsetof(struct pt_regs, uregs[15]) },
1536         };
1537         int i;
1538
1539         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(reg_map); i++) {
1540                 if (strcmp(reg_name, reg_map[i].name) == 0)
1541                         return reg_map[i].pt_regs_off;
1542         }
1543
1544         pr_warn("usdt: unrecognized register '%s'\n", reg_name);
1545         return -ENOENT;
1546 }
1547
1548 static int parse_usdt_arg(const char *arg_str, int arg_num, struct usdt_arg_spec *arg, int *arg_sz)
1549 {
1550         char reg_name[16];
1551         int len, reg_off;
1552         long off;
1553
1554         if (sscanf(arg_str, " %d @ \[ %15[a-z0-9] , #%ld ] %n",
1555                    arg_sz, reg_name, &off, &len) == 3) {
1556                 /* Memory dereference case, e.g., -4@[fp, #96] */
1557                 arg->arg_type = USDT_ARG_REG_DEREF;
1558                 arg->val_off = off;
1559                 reg_off = calc_pt_regs_off(reg_name);
1560                 if (reg_off < 0)
1561                         return reg_off;
1562                 arg->reg_off = reg_off;
1563         } else if (sscanf(arg_str, " %d @ \[ %15[a-z0-9] ] %n", arg_sz, reg_name, &len) == 2) {
1564                 /* Memory dereference case, e.g., -4@[sp] */
1565                 arg->arg_type = USDT_ARG_REG_DEREF;
1566                 arg->val_off = 0;
1567                 reg_off = calc_pt_regs_off(reg_name);
1568                 if (reg_off < 0)
1569                         return reg_off;
1570                 arg->reg_off = reg_off;
1571         } else if (sscanf(arg_str, " %d @ #%ld %n", arg_sz, &off, &len) == 2) {
1572                 /* Constant value case, e.g., 4@#5 */
1573                 arg->arg_type = USDT_ARG_CONST;
1574                 arg->val_off = off;
1575                 arg->reg_off = 0;
1576         } else if (sscanf(arg_str, " %d @ %15[a-z0-9] %n", arg_sz, reg_name, &len) == 2) {
1577                 /* Register read case, e.g., -8@r4 */
1578                 arg->arg_type = USDT_ARG_REG;
1579                 arg->val_off = 0;
1580                 reg_off = calc_pt_regs_off(reg_name);
1581                 if (reg_off < 0)
1582                         return reg_off;
1583                 arg->reg_off = reg_off;
1584         } else {
1585                 pr_warn("usdt: unrecognized arg #%d spec '%s'\n", arg_num, arg_str);
1586                 return -EINVAL;
1587         }
1588
1589         return len;
1590 }
1591
1592 #else
1593
1594 static int parse_usdt_arg(const char *arg_str, int arg_num, struct usdt_arg_spec *arg, int *arg_sz)
1595 {
1596         pr_warn("usdt: libbpf doesn't support USDTs on current architecture\n");
1597         return -ENOTSUP;
1598 }
1599
1600 #endif