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