arch/arm64/net/bpf_jit_comp.c

   1 /*
   2  * BPF JIT compiler for ARM64
   3  *
   4  * Copyright (C) 2014-2016 Zi Shen Lim <zlim.lnx@gmail.com>
   5  *
   6  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   7  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
   8  * published by the Free Software Foundation.
   9  *
  10  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  11  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  13  * GNU General Public License for more details.
  14  *
  15  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  16  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  17  */
  18
  19 #define pr_fmt(fmt) "bpf_jit: " fmt
  20
  21 #include <linux/bpf.h>
  22 #include <linux/filter.h>
  23 #include <linux/printk.h>
  24 #include <linux/slab.h>
  25
  26 #include <asm/byteorder.h>
  27 #include <asm/cacheflush.h>
  28 #include <asm/debug-monitors.h>
  29 #include <asm/set_memory.h>
  30
  31 #include "bpf_jit.h"
  32
  33 #define TMP_REG_1 (MAX_BPF_JIT_REG + 0)
  34 #define TMP_REG_2 (MAX_BPF_JIT_REG + 1)
  35 #define TCALL_CNT (MAX_BPF_JIT_REG + 2)
  36 #define TMP_REG_3 (MAX_BPF_JIT_REG + 3)
  37
  38 /* Map BPF registers to A64 registers */
  39 static const int bpf2a64[] = {
  40         /* return value from in-kernel function, and exit value from eBPF */
  41         [BPF_REG_0] = A64_R(7),
  42         /* arguments from eBPF program to in-kernel function */
  43         [BPF_REG_1] = A64_R(0),
  44         [BPF_REG_2] = A64_R(1),
  45         [BPF_REG_3] = A64_R(2),
  46         [BPF_REG_4] = A64_R(3),
  47         [BPF_REG_5] = A64_R(4),
  48         /* callee saved registers that in-kernel function will preserve */
  49         [BPF_REG_6] = A64_R(19),
  50         [BPF_REG_7] = A64_R(20),
  51         [BPF_REG_8] = A64_R(21),
  52         [BPF_REG_9] = A64_R(22),
  53         /* read-only frame pointer to access stack */
  54         [BPF_REG_FP] = A64_R(25),
  55         /* temporary registers for internal BPF JIT */
  56         [TMP_REG_1] = A64_R(10),
  57         [TMP_REG_2] = A64_R(11),
  58         [TMP_REG_3] = A64_R(12),
  59         /* tail_call_cnt */
  60         [TCALL_CNT] = A64_R(26),
  61         /* temporary register for blinding constants */
  62         [BPF_REG_AX] = A64_R(9),
  63 };
  64
  65 struct jit_ctx {
  66         const struct bpf_prog *prog;
  67         int idx;
  68         int epilogue_offset;
  69         int *offset;
  70         __le32 *image;
  71         u32 stack_size;
  72 };
  73
  74 static inline void emit(const u32 insn, struct jit_ctx *ctx)
  75 {
  76         if (ctx->image != NULL)
  77                 ctx->image[ctx->idx] = cpu_to_le32(insn);
  78
  79         ctx->idx++;
  80 }
  81
  82 static inline void emit_a64_mov_i(const int is64, const int reg,
  83                                   const s32 val, struct jit_ctx *ctx)
  84 {
  85         u16 hi = val >> 16;
  86         u16 lo = val & 0xffff;
  87
  88         if (hi & 0x8000) {
  89                 if (hi == 0xffff) {
  90                         emit(A64_MOVN(is64, reg, (u16)~lo, 0), ctx);
  91                 } else {
  92                         emit(A64_MOVN(is64, reg, (u16)~hi, 16), ctx);
  93                         if (lo != 0xffff)
  94                                 emit(A64_MOVK(is64, reg, lo, 0), ctx);
  95                 }
  96         } else {
  97                 emit(A64_MOVZ(is64, reg, lo, 0), ctx);
  98                 if (hi)
  99                         emit(A64_MOVK(is64, reg, hi, 16), ctx);
 100         }
 101 }
 102
 103 static int i64_i16_blocks(const u64 val, bool inverse)
 104 {
 105         return (((val >>  0) & 0xffff) != (inverse ? 0xffff : 0x0000)) +
 106                (((val >> 16) & 0xffff) != (inverse ? 0xffff : 0x0000)) +
 107                (((val >> 32) & 0xffff) != (inverse ? 0xffff : 0x0000)) +
 108                (((val >> 48) & 0xffff) != (inverse ? 0xffff : 0x0000));
 109 }
 110
 111 static inline void emit_a64_mov_i64(const int reg, const u64 val,
 112                                     struct jit_ctx *ctx)
 113 {
 114         u64 nrm_tmp = val, rev_tmp = ~val;
 115         bool inverse;
 116         int shift;
 117
 118         if (!(nrm_tmp >> 32))
 119                 return emit_a64_mov_i(0, reg, (u32)val, ctx);
 120
 121         inverse = i64_i16_blocks(nrm_tmp, true) < i64_i16_blocks(nrm_tmp, false);
 122         shift = max(round_down((inverse ? (fls64(rev_tmp) - 1) :
 123                                           (fls64(nrm_tmp) - 1)), 16), 0);
 124         if (inverse)
 125                 emit(A64_MOVN(1, reg, (rev_tmp >> shift) & 0xffff, shift), ctx);
 126         else
 127                 emit(A64_MOVZ(1, reg, (nrm_tmp >> shift) & 0xffff, shift), ctx);
 128         shift -= 16;
 129         while (shift >= 0) {
 130                 if (((nrm_tmp >> shift) & 0xffff) != (inverse ? 0xffff : 0x0000))
 131                         emit(A64_MOVK(1, reg, (nrm_tmp >> shift) & 0xffff, shift), ctx);
 132                 shift -= 16;
 133         }
 134 }
 135
 136 /*
 137  * This is an unoptimized 64 immediate emission used for BPF to BPF call
 138  * addresses. It will always do a full 64 bit decomposition as otherwise
 139  * more complexity in the last extra pass is required since we previously
 140  * reserved 4 instructions for the address.
 141  */
 142 static inline void emit_addr_mov_i64(const int reg, const u64 val,
 143                                      struct jit_ctx *ctx)
 144 {
 145         u64 tmp = val;
 146         int shift = 0;
 147
 148         emit(A64_MOVZ(1, reg, tmp & 0xffff, shift), ctx);
 149         for (;shift < 48;) {
 150                 tmp >>= 16;
 151                 shift += 16;
 152                 emit(A64_MOVK(1, reg, tmp & 0xffff, shift), ctx);
 153         }
 154 }
 155
 156 static inline int bpf2a64_offset(int bpf_to, int bpf_from,
 157                                  const struct jit_ctx *ctx)
 158 {
 159         int to = ctx->offset[bpf_to];
 160         /* -1 to account for the Branch instruction */
 161         int from = ctx->offset[bpf_from] - 1;
 162
 163         return to - from;
 164 }
 165
 166 static void jit_fill_hole(void *area, unsigned int size)
 167 {
 168         __le32 *ptr;
 169         /* We are guaranteed to have aligned memory. */
 170         for (ptr = area; size >= sizeof(u32); size -= sizeof(u32))
 171                 *ptr++ = cpu_to_le32(AARCH64_BREAK_FAULT);
 172 }
 173
 174 static inline int epilogue_offset(const struct jit_ctx *ctx)
 175 {
 176         int to = ctx->epilogue_offset;
 177         int from = ctx->idx;
 178
 179         return to - from;
 180 }
 181
 182 /* Stack must be multiples of 16B */
 183 #define STACK_ALIGN(sz) (((sz) + 15) & ~15)
 184
 185 /* Tail call offset to jump into */
 186 #define PROLOGUE_OFFSET 7
 187
 188 static int build_prologue(struct jit_ctx *ctx, bool ebpf_from_cbpf)
 189 {
 190         const struct bpf_prog *prog = ctx->prog;
 191         const u8 r6 = bpf2a64[BPF_REG_6];
 192         const u8 r7 = bpf2a64[BPF_REG_7];
 193         const u8 r8 = bpf2a64[BPF_REG_8];
 194         const u8 r9 = bpf2a64[BPF_REG_9];
 195         const u8 fp = bpf2a64[BPF_REG_FP];
 196         const u8 tcc = bpf2a64[TCALL_CNT];
 197         const int idx0 = ctx->idx;
 198         int cur_offset;
 199
 200         /*
 201          * BPF prog stack layout
 202          *
 203          *                         high
 204          * original A64_SP =>   0:+-----+ BPF prologue
 205          *                        |FP/LR|
 206          * current A64_FP =>  -16:+-----+
 207          *                        | ... | callee saved registers
 208          * BPF fp register => -64:+-----+ <= (BPF_FP)
 209          *                        |     |
 210          *                        | ... | BPF prog stack
 211          *                        |     |
 212          *                        +-----+ <= (BPF_FP - prog->aux->stack_depth)
 213          *                        |RSVD | padding
 214          * current A64_SP =>      +-----+ <= (BPF_FP - ctx->stack_size)
 215          *                        |     |
 216          *                        | ... | Function call stack
 217          *                        |     |
 218          *                        +-----+
 219          *                          low
 220          *
 221          */
 222
 223         /* Save FP and LR registers to stay align with ARM64 AAPCS */
 224         emit(A64_PUSH(A64_FP, A64_LR, A64_SP), ctx);
 225         emit(A64_MOV(1, A64_FP, A64_SP), ctx);
 226
 227         /* Save callee-saved registers */
 228         emit(A64_PUSH(r6, r7, A64_SP), ctx);
 229         emit(A64_PUSH(r8, r9, A64_SP), ctx);
 230         emit(A64_PUSH(fp, tcc, A64_SP), ctx);
 231
 232         /* Set up BPF prog stack base register */
 233         emit(A64_MOV(1, fp, A64_SP), ctx);
 234
 235         if (!ebpf_from_cbpf) {
 236                 /* Initialize tail_call_cnt */
 237                 emit(A64_MOVZ(1, tcc, 0, 0), ctx);
 238
 239                 cur_offset = ctx->idx - idx0;
 240                 if (cur_offset != PROLOGUE_OFFSET) {
 241                         pr_err_once("PROLOGUE_OFFSET = %d, expected %d!\n",
 242                                     cur_offset, PROLOGUE_OFFSET);
 243                         return -1;
 244                 }
 245         }
 246
 247         ctx->stack_size = STACK_ALIGN(prog->aux->stack_depth);
 248
 249         /* Set up function call stack */
 250         emit(A64_SUB_I(1, A64_SP, A64_SP, ctx->stack_size), ctx);
 251         return 0;
 252 }
 253
 254 static int out_offset = -1; /* initialized on the first pass of build_body() */
 255 static int emit_bpf_tail_call(struct jit_ctx *ctx)
 256 {
 257         /* bpf_tail_call(void *prog_ctx, struct bpf_array *array, u64 index) */
 258         const u8 r2 = bpf2a64[BPF_REG_2];
 259         const u8 r3 = bpf2a64[BPF_REG_3];
 260
 261         const u8 tmp = bpf2a64[TMP_REG_1];
 262         const u8 prg = bpf2a64[TMP_REG_2];
 263         const u8 tcc = bpf2a64[TCALL_CNT];
 264         const int idx0 = ctx->idx;
 265 #define cur_offset (ctx->idx - idx0)
 266 #define jmp_offset (out_offset - (cur_offset))
 267         size_t off;
 268
 269         /* if (index >= array->map.max_entries)
 270          *     goto out;
 271          */
 272         off = offsetof(struct bpf_array, map.max_entries);
 273         emit_a64_mov_i64(tmp, off, ctx);
 274         emit(A64_LDR32(tmp, r2, tmp), ctx);
 275         emit(A64_MOV(0, r3, r3), ctx);
 276         emit(A64_CMP(0, r3, tmp), ctx);
 277         emit(A64_B_(A64_COND_CS, jmp_offset), ctx);
 278
 279         /* if (tail_call_cnt > MAX_TAIL_CALL_CNT)
 280          *     goto out;
 281          * tail_call_cnt++;
 282          */
 283         emit_a64_mov_i64(tmp, MAX_TAIL_CALL_CNT, ctx);
 284         emit(A64_CMP(1, tcc, tmp), ctx);
 285         emit(A64_B_(A64_COND_HI, jmp_offset), ctx);
 286         emit(A64_ADD_I(1, tcc, tcc, 1), ctx);
 287
 288         /* prog = array->ptrs[index];
 289          * if (prog == NULL)
 290          *     goto out;
 291          */
 292         off = offsetof(struct bpf_array, ptrs);
 293         emit_a64_mov_i64(tmp, off, ctx);
 294         emit(A64_ADD(1, tmp, r2, tmp), ctx);
 295         emit(A64_LSL(1, prg, r3, 3), ctx);
 296         emit(A64_LDR64(prg, tmp, prg), ctx);
 297         emit(A64_CBZ(1, prg, jmp_offset), ctx);
 298
 299         /* goto *(prog->bpf_func + prologue_offset); */
 300         off = offsetof(struct bpf_prog, bpf_func);
 301         emit_a64_mov_i64(tmp, off, ctx);
 302         emit(A64_LDR64(tmp, prg, tmp), ctx);
 303         emit(A64_ADD_I(1, tmp, tmp, sizeof(u32) * PROLOGUE_OFFSET), ctx);
 304         emit(A64_ADD_I(1, A64_SP, A64_SP, ctx->stack_size), ctx);
 305         emit(A64_BR(tmp), ctx);
 306
 307         /* out: */
 308         if (out_offset == -1)
 309                 out_offset = cur_offset;
 310         if (cur_offset != out_offset) {
 311                 pr_err_once("tail_call out_offset = %d, expected %d!\n",
 312                             cur_offset, out_offset);
 313                 return -1;
 314         }
 315         return 0;
 316 #undef cur_offset
 317 #undef jmp_offset
 318 }
 319
 320 static void build_epilogue(struct jit_ctx *ctx)
 321 {
 322         const u8 r0 = bpf2a64[BPF_REG_0];
 323         const u8 r6 = bpf2a64[BPF_REG_6];
 324         const u8 r7 = bpf2a64[BPF_REG_7];
 325         const u8 r8 = bpf2a64[BPF_REG_8];
 326         const u8 r9 = bpf2a64[BPF_REG_9];
 327         const u8 fp = bpf2a64[BPF_REG_FP];
 328
 329         /* We're done with BPF stack */
 330         emit(A64_ADD_I(1, A64_SP, A64_SP, ctx->stack_size), ctx);
 331
 332         /* Restore fs (x25) and x26 */
 333         emit(A64_POP(fp, A64_R(26), A64_SP), ctx);
 334
 335         /* Restore callee-saved register */
 336         emit(A64_POP(r8, r9, A64_SP), ctx);
 337         emit(A64_POP(r6, r7, A64_SP), ctx);
 338
 339         /* Restore FP/LR registers */
 340         emit(A64_POP(A64_FP, A64_LR, A64_SP), ctx);
 341
 342         /* Set return value */
 343         emit(A64_MOV(1, A64_R(0), r0), ctx);
 344
 345         emit(A64_RET(A64_LR), ctx);
 346 }
 347
 348 /* JITs an eBPF instruction.
 349  * Returns:
 350  * 0  - successfully JITed an 8-byte eBPF instruction.
 351  * >0 - successfully JITed a 16-byte eBPF instruction.
 352  * <0 - failed to JIT.
 353  */
 354 static int build_insn(const struct bpf_insn *insn, struct jit_ctx *ctx)
 355 {
 356         const u8 code = insn->code;
 357         const u8 dst = bpf2a64[insn->dst_reg];
 358         const u8 src = bpf2a64[insn->src_reg];
 359         const u8 tmp = bpf2a64[TMP_REG_1];
 360         const u8 tmp2 = bpf2a64[TMP_REG_2];
 361         const u8 tmp3 = bpf2a64[TMP_REG_3];
 362         const s16 off = insn->off;
 363         const s32 imm = insn->imm;
 364         const int i = insn - ctx->prog->insnsi;
 365         const bool is64 = BPF_CLASS(code) == BPF_ALU64;
 366         const bool isdw = BPF_SIZE(code) == BPF_DW;
 367         u8 jmp_cond, reg;
 368         s32 jmp_offset;
 369
 370 #define check_imm(bits, imm) do {                               \
 371         if ((((imm) > 0) && ((imm) >> (bits))) ||               \
 372             (((imm) < 0) && (~(imm) >> (bits)))) {              \
 373                 pr_info("[%2d] imm=%d(0x%x) out of range\n",    \
 374                         i, imm, imm);                           \
 375                 return -EINVAL;                                 \
 376         }                                                       \
 377 } while (0)
 378 #define check_imm19(imm) check_imm(19, imm)
 379 #define check_imm26(imm) check_imm(26, imm)
 380
 381         switch (code) {
 382         /* dst = src */
 383         case BPF_ALU | BPF_MOV | BPF_X:
 384         case BPF_ALU64 | BPF_MOV | BPF_X:
 385                 emit(A64_MOV(is64, dst, src), ctx);
 386                 break;
 387         /* dst = dst OP src */
 388         case BPF_ALU | BPF_ADD | BPF_X:
 389         case BPF_ALU64 | BPF_ADD | BPF_X:
 390                 emit(A64_ADD(is64, dst, dst, src), ctx);
 391                 break;
 392         case BPF_ALU | BPF_SUB | BPF_X:
 393         case BPF_ALU64 | BPF_SUB | BPF_X:
 394                 emit(A64_SUB(is64, dst, dst, src), ctx);
 395                 break;
 396         case BPF_ALU | BPF_AND | BPF_X:
 397         case BPF_ALU64 | BPF_AND | BPF_X:
 398                 emit(A64_AND(is64, dst, dst, src), ctx);
 399                 break;
 400         case BPF_ALU | BPF_OR | BPF_X:
 401         case BPF_ALU64 | BPF_OR | BPF_X:
 402                 emit(A64_ORR(is64, dst, dst, src), ctx);
 403                 break;
 404         case BPF_ALU | BPF_XOR | BPF_X:
 405         case BPF_ALU64 | BPF_XOR | BPF_X:
 406                 emit(A64_EOR(is64, dst, dst, src), ctx);
 407                 break;
 408         case BPF_ALU | BPF_MUL | BPF_X:
 409         case BPF_ALU64 | BPF_MUL | BPF_X:
 410                 emit(A64_MUL(is64, dst, dst, src), ctx);
 411                 break;
 412         case BPF_ALU | BPF_DIV | BPF_X:
 413         case BPF_ALU64 | BPF_DIV | BPF_X:
 414         case BPF_ALU | BPF_MOD | BPF_X:
 415         case BPF_ALU64 | BPF_MOD | BPF_X:
 416                 switch (BPF_OP(code)) {
 417                 case BPF_DIV:
 418                         emit(A64_UDIV(is64, dst, dst, src), ctx);
 419                         break;
 420                 case BPF_MOD:
 421                         emit(A64_UDIV(is64, tmp, dst, src), ctx);
 422                         emit(A64_MUL(is64, tmp, tmp, src), ctx);
 423                         emit(A64_SUB(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 424                         break;
 425                 }
 426                 break;
 427         case BPF_ALU | BPF_LSH | BPF_X:
 428         case BPF_ALU64 | BPF_LSH | BPF_X:
 429                 emit(A64_LSLV(is64, dst, dst, src), ctx);
 430                 break;
 431         case BPF_ALU | BPF_RSH | BPF_X:
 432         case BPF_ALU64 | BPF_RSH | BPF_X:
 433                 emit(A64_LSRV(is64, dst, dst, src), ctx);
 434                 break;
 435         case BPF_ALU | BPF_ARSH | BPF_X:
 436         case BPF_ALU64 | BPF_ARSH | BPF_X:
 437                 emit(A64_ASRV(is64, dst, dst, src), ctx);
 438                 break;
 439         /* dst = -dst */
 440         case BPF_ALU | BPF_NEG:
 441         case BPF_ALU64 | BPF_NEG:
 442                 emit(A64_NEG(is64, dst, dst), ctx);
 443                 break;
 444         /* dst = BSWAP##imm(dst) */
 445         case BPF_ALU | BPF_END | BPF_FROM_LE:
 446         case BPF_ALU | BPF_END | BPF_FROM_BE:
 447 #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
 448                 if (BPF_SRC(code) == BPF_FROM_BE)
 449                         goto emit_bswap_uxt;
 450 #else /* !CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN */
 451                 if (BPF_SRC(code) == BPF_FROM_LE)
 452                         goto emit_bswap_uxt;
 453 #endif
 454                 switch (imm) {
 455                 case 16:
 456                         emit(A64_REV16(is64, dst, dst), ctx);
 457                         /* zero-extend 16 bits into 64 bits */
 458                         emit(A64_UXTH(is64, dst, dst), ctx);
 459                         break;
 460                 case 32:
 461                         emit(A64_REV32(is64, dst, dst), ctx);
 462                         /* upper 32 bits already cleared */
 463                         break;
 464                 case 64:
 465                         emit(A64_REV64(dst, dst), ctx);
 466                         break;
 467                 }
 468                 break;
 469 emit_bswap_uxt:
 470                 switch (imm) {
 471                 case 16:
 472                         /* zero-extend 16 bits into 64 bits */
 473                         emit(A64_UXTH(is64, dst, dst), ctx);
 474                         break;
 475                 case 32:
 476                         /* zero-extend 32 bits into 64 bits */
 477                         emit(A64_UXTW(is64, dst, dst), ctx);
 478                         break;
 479                 case 64:
 480                         /* nop */
 481                         break;
 482                 }
 483                 break;
 484         /* dst = imm */
 485         case BPF_ALU | BPF_MOV | BPF_K:
 486         case BPF_ALU64 | BPF_MOV | BPF_K:
 487                 emit_a64_mov_i(is64, dst, imm, ctx);
 488                 break;
 489         /* dst = dst OP imm */
 490         case BPF_ALU | BPF_ADD | BPF_K:
 491         case BPF_ALU64 | BPF_ADD | BPF_K:
 492                 emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 493                 emit(A64_ADD(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 494                 break;
 495         case BPF_ALU | BPF_SUB | BPF_K:
 496         case BPF_ALU64 | BPF_SUB | BPF_K:
 497                 emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 498                 emit(A64_SUB(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 499                 break;
 500         case BPF_ALU | BPF_AND | BPF_K:
 501         case BPF_ALU64 | BPF_AND | BPF_K:
 502                 emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 503                 emit(A64_AND(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 504                 break;
 505         case BPF_ALU | BPF_OR | BPF_K:
 506         case BPF_ALU64 | BPF_OR | BPF_K:
 507                 emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 508                 emit(A64_ORR(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 509                 break;
 510         case BPF_ALU | BPF_XOR | BPF_K:
 511         case BPF_ALU64 | BPF_XOR | BPF_K:
 512                 emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 513                 emit(A64_EOR(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 514                 break;
 515         case BPF_ALU | BPF_MUL | BPF_K:
 516         case BPF_ALU64 | BPF_MUL | BPF_K:
 517                 emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 518                 emit(A64_MUL(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 519                 break;
 520         case BPF_ALU | BPF_DIV | BPF_K:
 521         case BPF_ALU64 | BPF_DIV | BPF_K:
 522                 emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 523                 emit(A64_UDIV(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 524                 break;
 525         case BPF_ALU | BPF_MOD | BPF_K:
 526         case BPF_ALU64 | BPF_MOD | BPF_K:
 527                 emit_a64_mov_i(is64, tmp2, imm, ctx);
 528                 emit(A64_UDIV(is64, tmp, dst, tmp2), ctx);
 529                 emit(A64_MUL(is64, tmp, tmp, tmp2), ctx);
 530                 emit(A64_SUB(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 531                 break;
 532         case BPF_ALU | BPF_LSH | BPF_K:
 533         case BPF_ALU64 | BPF_LSH | BPF_K:
 534                 emit(A64_LSL(is64, dst, dst, imm), ctx);
 535                 break;
 536         case BPF_ALU | BPF_RSH | BPF_K:
 537         case BPF_ALU64 | BPF_RSH | BPF_K:
 538                 emit(A64_LSR(is64, dst, dst, imm), ctx);
 539                 break;
 540         case BPF_ALU | BPF_ARSH | BPF_K:
 541         case BPF_ALU64 | BPF_ARSH | BPF_K:
 542                 emit(A64_ASR(is64, dst, dst, imm), ctx);
 543                 break;
 544
 545         /* JUMP off */
 546         case BPF_JMP | BPF_JA:
 547                 jmp_offset = bpf2a64_offset(i + off, i, ctx);
 548                 check_imm26(jmp_offset);
 549                 emit(A64_B(jmp_offset), ctx);
 550                 break;
 551         /* IF (dst COND src) JUMP off */
 552         case BPF_JMP | BPF_JEQ | BPF_X:
 553         case BPF_JMP | BPF_JGT | BPF_X:
 554         case BPF_JMP | BPF_JLT | BPF_X:
 555         case BPF_JMP | BPF_JGE | BPF_X:
 556         case BPF_JMP | BPF_JLE | BPF_X:
 557         case BPF_JMP | BPF_JNE | BPF_X:
 558         case BPF_JMP | BPF_JSGT | BPF_X:
 559         case BPF_JMP | BPF_JSLT | BPF_X:
 560         case BPF_JMP | BPF_JSGE | BPF_X:
 561         case BPF_JMP | BPF_JSLE | BPF_X:
 562                 emit(A64_CMP(1, dst, src), ctx);
 563 emit_cond_jmp:
 564                 jmp_offset = bpf2a64_offset(i + off, i, ctx);
 565                 check_imm19(jmp_offset);
 566                 switch (BPF_OP(code)) {
 567                 case BPF_JEQ:
 568                         jmp_cond = A64_COND_EQ;
 569                         break;
 570                 case BPF_JGT:
 571                         jmp_cond = A64_COND_HI;
 572                         break;
 573                 case BPF_JLT:
 574                         jmp_cond = A64_COND_CC;
 575                         break;
 576                 case BPF_JGE:
 577                         jmp_cond = A64_COND_CS;
 578                         break;
 579                 case BPF_JLE:
 580                         jmp_cond = A64_COND_LS;
 581                         break;
 582                 case BPF_JSET:
 583                 case BPF_JNE:
 584                         jmp_cond = A64_COND_NE;
 585                         break;
 586                 case BPF_JSGT:
 587                         jmp_cond = A64_COND_GT;
 588                         break;
 589                 case BPF_JSLT:
 590                         jmp_cond = A64_COND_LT;
 591                         break;
 592                 case BPF_JSGE:
 593                         jmp_cond = A64_COND_GE;
 594                         break;
 595                 case BPF_JSLE:
 596                         jmp_cond = A64_COND_LE;
 597                         break;
 598                 default:
 599                         return -EFAULT;
 600                 }
 601                 emit(A64_B_(jmp_cond, jmp_offset), ctx);
 602                 break;
 603         case BPF_JMP | BPF_JSET | BPF_X:
 604                 emit(A64_TST(1, dst, src), ctx);
 605                 goto emit_cond_jmp;
 606         /* IF (dst COND imm) JUMP off */
 607         case BPF_JMP | BPF_JEQ | BPF_K:
 608         case BPF_JMP | BPF_JGT | BPF_K:
 609         case BPF_JMP | BPF_JLT | BPF_K:
 610         case BPF_JMP | BPF_JGE | BPF_K:
 611         case BPF_JMP | BPF_JLE | BPF_K:
 612         case BPF_JMP | BPF_JNE | BPF_K:
 613         case BPF_JMP | BPF_JSGT | BPF_K:
 614         case BPF_JMP | BPF_JSLT | BPF_K:
 615         case BPF_JMP | BPF_JSGE | BPF_K:
 616         case BPF_JMP | BPF_JSLE | BPF_K:
 617                 emit_a64_mov_i(1, tmp, imm, ctx);
 618                 emit(A64_CMP(1, dst, tmp), ctx);
 619                 goto emit_cond_jmp;
 620         case BPF_JMP | BPF_JSET | BPF_K:
 621                 emit_a64_mov_i(1, tmp, imm, ctx);
 622                 emit(A64_TST(1, dst, tmp), ctx);
 623                 goto emit_cond_jmp;
 624         /* function call */
 625         case BPF_JMP | BPF_CALL:
 626         {
 627                 const u8 r0 = bpf2a64[BPF_REG_0];
 628                 const u64 func = (u64)__bpf_call_base + imm;
 629
 630                 if (ctx->prog->is_func)
 631                         emit_addr_mov_i64(tmp, func, ctx);
 632                 else
 633                         emit_a64_mov_i64(tmp, func, ctx);
 634                 emit(A64_BLR(tmp), ctx);
 635                 emit(A64_MOV(1, r0, A64_R(0)), ctx);
 636                 break;
 637         }
 638         /* tail call */
 639         case BPF_JMP | BPF_TAIL_CALL:
 640                 if (emit_bpf_tail_call(ctx))
 641                         return -EFAULT;
 642                 break;
 643         /* function return */
 644         case BPF_JMP | BPF_EXIT:
 645                 /* Optimization: when last instruction is EXIT,
 646                    simply fallthrough to epilogue. */
 647                 if (i == ctx->prog->len - 1)
 648                         break;
 649                 jmp_offset = epilogue_offset(ctx);
 650                 check_imm26(jmp_offset);
 651                 emit(A64_B(jmp_offset), ctx);
 652                 break;
 653
 654         /* dst = imm64 */
 655         case BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW:
 656         {
 657                 const struct bpf_insn insn1 = insn[1];
 658                 u64 imm64;
 659
 660                 imm64 = (u64)insn1.imm << 32 | (u32)imm;
 661                 emit_a64_mov_i64(dst, imm64, ctx);
 662
 663                 return 1;
 664         }
 665
 666         /* LDX: dst = *(size *)(src + off) */
 667         case BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_W:
 668         case BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_H:
 669         case BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_B:
 670         case BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_DW:
 671                 emit_a64_mov_i(1, tmp, off, ctx);
 672                 switch (BPF_SIZE(code)) {
 673                 case BPF_W:
 674                         emit(A64_LDR32(dst, src, tmp), ctx);
 675                         break;
 676                 case BPF_H:
 677                         emit(A64_LDRH(dst, src, tmp), ctx);
 678                         break;
 679                 case BPF_B:
 680                         emit(A64_LDRB(dst, src, tmp), ctx);
 681                         break;
 682                 case BPF_DW:
 683                         emit(A64_LDR64(dst, src, tmp), ctx);
 684                         break;
 685                 }
 686                 break;
 687
 688         /* speculation barrier */
 689         case BPF_ST | BPF_NOSPEC:
 690                 /*
 691                  * Nothing required here.
 692                  *
 693                  * In case of arm64, we rely on the firmware mitigation of
 694                  * Speculative Store Bypass as controlled via the ssbd kernel
 695                  * parameter. Whenever the mitigation is enabled, it works
 696                  * for all of the kernel code with no need to provide any
 697                  * additional instructions.
 698                  */
 699                 break;
 700
 701         /* ST: *(size *)(dst + off) = imm */
 702         case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_W:
 703         case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_H:
 704         case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_B:
 705         case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_DW:
 706                 /* Load imm to a register then store it */
 707                 emit_a64_mov_i(1, tmp2, off, ctx);
 708                 emit_a64_mov_i(1, tmp, imm, ctx);
 709                 switch (BPF_SIZE(code)) {
 710                 case BPF_W:
 711                         emit(A64_STR32(tmp, dst, tmp2), ctx);
 712                         break;
 713                 case BPF_H:
 714                         emit(A64_STRH(tmp, dst, tmp2), ctx);
 715                         break;
 716                 case BPF_B:
 717                         emit(A64_STRB(tmp, dst, tmp2), ctx);
 718                         break;
 719                 case BPF_DW:
 720                         emit(A64_STR64(tmp, dst, tmp2), ctx);
 721                         break;
 722                 }
 723                 break;
 724
 725         /* STX: *(size *)(dst + off) = src */
 726         case BPF_STX | BPF_MEM | BPF_W:
 727         case BPF_STX | BPF_MEM | BPF_H:
 728         case BPF_STX | BPF_MEM | BPF_B:
 729         case BPF_STX | BPF_MEM | BPF_DW:
 730                 emit_a64_mov_i(1, tmp, off, ctx);
 731                 switch (BPF_SIZE(code)) {
 732                 case BPF_W:
 733                         emit(A64_STR32(src, dst, tmp), ctx);
 734                         break;
 735                 case BPF_H:
 736                         emit(A64_STRH(src, dst, tmp), ctx);
 737                         break;
 738                 case BPF_B:
 739                         emit(A64_STRB(src, dst, tmp), ctx);
 740                         break;
 741                 case BPF_DW:
 742                         emit(A64_STR64(src, dst, tmp), ctx);
 743                         break;
 744                 }
 745                 break;
 746
 747         /* STX XADD: lock *(u32 *)(dst + off) += src */
 748         case BPF_STX | BPF_XADD | BPF_W:
 749         /* STX XADD: lock *(u64 *)(dst + off) += src */
 750         case BPF_STX | BPF_XADD | BPF_DW:
 751                 if (!off) {
 752                         reg = dst;
 753                 } else {
 754                         emit_a64_mov_i(1, tmp, off, ctx);
 755                         emit(A64_ADD(1, tmp, tmp, dst), ctx);
 756                         reg = tmp;
 757                 }
 758                 if (cpus_have_cap(ARM64_HAS_LSE_ATOMICS)) {
 759                         emit(A64_STADD(isdw, reg, src), ctx);
 760                 } else {
 761                         emit(A64_LDXR(isdw, tmp2, reg), ctx);
 762                         emit(A64_ADD(isdw, tmp2, tmp2, src), ctx);
 763                         emit(A64_STXR(isdw, tmp2, reg, tmp3), ctx);
 764                         jmp_offset = -3;
 765                         check_imm19(jmp_offset);
 766                         emit(A64_CBNZ(0, tmp3, jmp_offset), ctx);
 767                 }
 768                 break;
 769
 770         default:
 771                 pr_err_once("unknown opcode %02x\n", code);
 772                 return -EINVAL;
 773         }
 774
 775         return 0;
 776 }
 777
 778 static int build_body(struct jit_ctx *ctx)
 779 {
 780         const struct bpf_prog *prog = ctx->prog;
 781         int i;
 782
 783         for (i = 0; i < prog->len; i++) {
 784                 const struct bpf_insn *insn = &prog->insnsi[i];
 785                 int ret;
 786
 787                 ret = build_insn(insn, ctx);
 788                 if (ret > 0) {
 789                         i++;
 790                         if (ctx->image == NULL)
 791                                 ctx->offset[i] = ctx->idx;
 792                         continue;
 793                 }
 794                 if (ctx->image == NULL)
 795                         ctx->offset[i] = ctx->idx;
 796                 if (ret)
 797                         return ret;
 798         }
 799
 800         return 0;
 801 }
 802
 803 static int validate_code(struct jit_ctx *ctx)
 804 {
 805         int i;
 806
 807         for (i = 0; i < ctx->idx; i++) {
 808                 u32 a64_insn = le32_to_cpu(ctx->image[i]);
 809
 810                 if (a64_insn == AARCH64_BREAK_FAULT)
 811                         return -1;
 812         }
 813
 814         return 0;
 815 }
 816
 817 static inline void bpf_flush_icache(void *start, void *end)
 818 {
 819         flush_icache_range((unsigned long)start, (unsigned long)end);
 820 }
 821
 822 struct arm64_jit_data {
 823         struct bpf_binary_header *header;
 824         u8 *image;
 825         struct jit_ctx ctx;
 826 };
 827
 828 struct bpf_prog *bpf_int_jit_compile(struct bpf_prog *prog)
 829 {
 830         struct bpf_prog *tmp, *orig_prog = prog;
 831         struct bpf_binary_header *header;
 832         struct arm64_jit_data *jit_data;
 833         bool was_classic = bpf_prog_was_classic(prog);
 834         bool tmp_blinded = false;
 835         bool extra_pass = false;
 836         struct jit_ctx ctx;
 837         int image_size;
 838         u8 *image_ptr;
 839
 840         if (!prog->jit_requested)
 841                 return orig_prog;
 842
 843         tmp = bpf_jit_blind_constants(prog);
 844         /* If blinding was requested and we failed during blinding,
 845          * we must fall back to the interpreter.
 846          */
 847         if (IS_ERR(tmp))
 848                 return orig_prog;
 849         if (tmp != prog) {
 850                 tmp_blinded = true;
 851                 prog = tmp;
 852         }
 853
 854         jit_data = prog->aux->jit_data;
 855         if (!jit_data) {
 856                 jit_data = kzalloc(sizeof(*jit_data), GFP_KERNEL);
 857                 if (!jit_data) {
 858                         prog = orig_prog;
 859                         goto out;
 860                 }
 861                 prog->aux->jit_data = jit_data;
 862         }
 863         if (jit_data->ctx.offset) {
 864                 ctx = jit_data->ctx;
 865                 image_ptr = jit_data->image;
 866                 header = jit_data->header;
 867                 extra_pass = true;
 868                 image_size = sizeof(u32) * ctx.idx;
 869                 goto skip_init_ctx;
 870         }
 871         memset(&ctx, 0, sizeof(ctx));
 872         ctx.prog = prog;
 873
 874         ctx.offset = kcalloc(prog->len, sizeof(int), GFP_KERNEL);
 875         if (ctx.offset == NULL) {
 876                 prog = orig_prog;
 877                 goto out_off;
 878         }
 879
 880         /* 1. Initial fake pass to compute ctx->idx. */
 881
 882         /* Fake pass to fill in ctx->offset. */
 883         if (build_body(&ctx)) {
 884                 prog = orig_prog;
 885                 goto out_off;
 886         }
 887
 888         if (build_prologue(&ctx, was_classic)) {
 889                 prog = orig_prog;
 890                 goto out_off;
 891         }
 892
 893         ctx.epilogue_offset = ctx.idx;
 894         build_epilogue(&ctx);
 895
 896         /* Now we know the actual image size. */
 897         image_size = sizeof(u32) * ctx.idx;
 898         header = bpf_jit_binary_alloc(image_size, &image_ptr,
 899                                       sizeof(u32), jit_fill_hole);
 900         if (header == NULL) {
 901                 prog = orig_prog;
 902                 goto out_off;
 903         }
 904
 905         /* 2. Now, the actual pass. */
 906
 907         ctx.image = (__le32 *)image_ptr;
 908 skip_init_ctx:
 909         ctx.idx = 0;
 910
 911         build_prologue(&ctx, was_classic);
 912
 913         if (build_body(&ctx)) {
 914                 bpf_jit_binary_free(header);
 915                 prog = orig_prog;
 916                 goto out_off;
 917         }
 918
 919         build_epilogue(&ctx);
 920
 921         /* 3. Extra pass to validate JITed code. */
 922         if (validate_code(&ctx)) {
 923                 bpf_jit_binary_free(header);
 924                 prog = orig_prog;
 925                 goto out_off;
 926         }
 927
 928         /* And we're done. */
 929         if (bpf_jit_enable > 1)
 930                 bpf_jit_dump(prog->len, image_size, 2, ctx.image);
 931
 932         bpf_flush_icache(header, ctx.image + ctx.idx);
 933
 934         if (!prog->is_func || extra_pass) {
 935                 if (extra_pass && ctx.idx != jit_data->ctx.idx) {
 936                         pr_err_once("multi-func JIT bug %d != %d\n",
 937                                     ctx.idx, jit_data->ctx.idx);
 938                         bpf_jit_binary_free(header);
 939                         prog->bpf_func = NULL;
 940                         prog->jited = 0;
 941                         goto out_off;
 942                 }
 943                 bpf_jit_binary_lock_ro(header);
 944         } else {
 945                 jit_data->ctx = ctx;
 946                 jit_data->image = image_ptr;
 947                 jit_data->header = header;
 948         }
 949         prog->bpf_func = (void *)ctx.image;
 950         prog->jited = 1;
 951         prog->jited_len = image_size;
 952
 953         if (!prog->is_func || extra_pass) {
 954 out_off:
 955                 kfree(ctx.offset);
 956                 kfree(jit_data);
 957                 prog->aux->jit_data = NULL;
 958         }
 959 out:
 960         if (tmp_blinded)
 961                 bpf_jit_prog_release_other(prog, prog == orig_prog ?
 962                                            tmp : orig_prog);
 963         return prog;
 964 }