arch/arm64/net/bpf_jit_comp.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * BPF JIT compiler for ARM64
   4  *
   5  * Copyright (C) 2014-2016 Zi Shen Lim <zlim.lnx@gmail.com>
   6  */
   7
   8 #define pr_fmt(fmt) "bpf_jit: " fmt
   9
  10 #include <linux/bpf.h>
  11 #include <linux/filter.h>
  12 #include <linux/printk.h>
  13 #include <linux/slab.h>
  14
  15 #include <asm/byteorder.h>
  16 #include <asm/cacheflush.h>
  17 #include <asm/debug-monitors.h>
  18 #include <asm/set_memory.h>
  19
  20 #include "bpf_jit.h"
  21
  22 #define TMP_REG_1 (MAX_BPF_JIT_REG + 0)
  23 #define TMP_REG_2 (MAX_BPF_JIT_REG + 1)
  24 #define TCALL_CNT (MAX_BPF_JIT_REG + 2)
  25 #define TMP_REG_3 (MAX_BPF_JIT_REG + 3)
  26
  27 /* Map BPF registers to A64 registers */
  28 static const int bpf2a64[] = {
  29         /* return value from in-kernel function, and exit value from eBPF */
  30         [BPF_REG_0] = A64_R(7),
  31         /* arguments from eBPF program to in-kernel function */
  32         [BPF_REG_1] = A64_R(0),
  33         [BPF_REG_2] = A64_R(1),
  34         [BPF_REG_3] = A64_R(2),
  35         [BPF_REG_4] = A64_R(3),
  36         [BPF_REG_5] = A64_R(4),
  37         /* callee saved registers that in-kernel function will preserve */
  38         [BPF_REG_6] = A64_R(19),
  39         [BPF_REG_7] = A64_R(20),
  40         [BPF_REG_8] = A64_R(21),
  41         [BPF_REG_9] = A64_R(22),
  42         /* read-only frame pointer to access stack */
  43         [BPF_REG_FP] = A64_R(25),
  44         /* temporary registers for internal BPF JIT */
  45         [TMP_REG_1] = A64_R(10),
  46         [TMP_REG_2] = A64_R(11),
  47         [TMP_REG_3] = A64_R(12),
  48         /* tail_call_cnt */
  49         [TCALL_CNT] = A64_R(26),
  50         /* temporary register for blinding constants */
  51         [BPF_REG_AX] = A64_R(9),
  52 };
  53
  54 struct jit_ctx {
  55         const struct bpf_prog *prog;
  56         int idx;
  57         int epilogue_offset;
  58         int *offset;
  59         __le32 *image;
  60         u32 stack_size;
  61 };
  62
  63 static inline void emit(const u32 insn, struct jit_ctx *ctx)
  64 {
  65         if (ctx->image != NULL)
  66                 ctx->image[ctx->idx] = cpu_to_le32(insn);
  67
  68         ctx->idx++;
  69 }
  70
  71 static inline void emit_a64_mov_i(const int is64, const int reg,
  72                                   const s32 val, struct jit_ctx *ctx)
  73 {
  74         u16 hi = val >> 16;
  75         u16 lo = val & 0xffff;
  76
  77         if (hi & 0x8000) {
  78                 if (hi == 0xffff) {
  79                         emit(A64_MOVN(is64, reg, (u16)~lo, 0), ctx);
  80                 } else {
  81                         emit(A64_MOVN(is64, reg, (u16)~hi, 16), ctx);
  82                         if (lo != 0xffff)
  83                                 emit(A64_MOVK(is64, reg, lo, 0), ctx);
  84                 }
  85         } else {
  86                 emit(A64_MOVZ(is64, reg, lo, 0), ctx);
  87                 if (hi)
  88                         emit(A64_MOVK(is64, reg, hi, 16), ctx);
  89         }
  90 }
  91
  92 static int i64_i16_blocks(const u64 val, bool inverse)
  93 {
  94         return (((val >>  0) & 0xffff) != (inverse ? 0xffff : 0x0000)) +
  95                (((val >> 16) & 0xffff) != (inverse ? 0xffff : 0x0000)) +
  96                (((val >> 32) & 0xffff) != (inverse ? 0xffff : 0x0000)) +
  97                (((val >> 48) & 0xffff) != (inverse ? 0xffff : 0x0000));
  98 }
  99
 100 static inline void emit_a64_mov_i64(const int reg, const u64 val,
 101                                     struct jit_ctx *ctx)
 102 {
 103         u64 nrm_tmp = val, rev_tmp = ~val;
 104         bool inverse;
 105         int shift;
 106
 107         if (!(nrm_tmp >> 32))
 108                 return emit_a64_mov_i(0, reg, (u32)val, ctx);
 109
 110         inverse = i64_i16_blocks(nrm_tmp, true) < i64_i16_blocks(nrm_tmp, false);
 111         shift = max(round_down((inverse ? (fls64(rev_tmp) - 1) :
 112                                           (fls64(nrm_tmp) - 1)), 16), 0);
 113         if (inverse)
 114                 emit(A64_MOVN(1, reg, (rev_tmp >> shift) & 0xffff, shift), ctx);
 115         else
 116                 emit(A64_MOVZ(1, reg, (nrm_tmp >> shift) & 0xffff, shift), ctx);
 117         shift -= 16;
 118         while (shift >= 0) {
 119                 if (((nrm_tmp >> shift) & 0xffff) != (inverse ? 0xffff : 0x0000))
 120                         emit(A64_MOVK(1, reg, (nrm_tmp >> shift) & 0xffff, shift), ctx);
 121                 shift -= 16;
 122         }
 123 }
 124
 125 /*
 126  * Kernel addresses in the vmalloc space use at most 48 bits, and the
 127  * remaining bits are guaranteed to be 0x1. So we can compose the address
 128  * with a fixed length movn/movk/movk sequence.
 129  */
 130 static inline void emit_addr_mov_i64(const int reg, const u64 val,
 131                                      struct jit_ctx *ctx)
 132 {
 133         u64 tmp = val;
 134         int shift = 0;
 135
 136         emit(A64_MOVN(1, reg, ~tmp & 0xffff, shift), ctx);
 137         while (shift < 32) {
 138                 tmp >>= 16;
 139                 shift += 16;
 140                 emit(A64_MOVK(1, reg, tmp & 0xffff, shift), ctx);
 141         }
 142 }
 143
 144 static inline int bpf2a64_offset(int bpf_insn, int off,
 145                                  const struct jit_ctx *ctx)
 146 {
 147         /* BPF JMP offset is relative to the next instruction */
 148         bpf_insn++;
 149         /*
 150          * Whereas arm64 branch instructions encode the offset
 151          * from the branch itself, so we must subtract 1 from the
 152          * instruction offset.
 153          */
 154         return ctx->offset[bpf_insn + off] - (ctx->offset[bpf_insn] - 1);
 155 }
 156
 157 static void jit_fill_hole(void *area, unsigned int size)
 158 {
 159         __le32 *ptr;
 160         /* We are guaranteed to have aligned memory. */
 161         for (ptr = area; size >= sizeof(u32); size -= sizeof(u32))
 162                 *ptr++ = cpu_to_le32(AARCH64_BREAK_FAULT);
 163 }
 164
 165 static inline int epilogue_offset(const struct jit_ctx *ctx)
 166 {
 167         int to = ctx->epilogue_offset;
 168         int from = ctx->idx;
 169
 170         return to - from;
 171 }
 172
 173 /* Stack must be multiples of 16B */
 174 #define STACK_ALIGN(sz) (((sz) + 15) & ~15)
 175
 176 /* Tail call offset to jump into */
 177 #define PROLOGUE_OFFSET 7
 178
 179 static int build_prologue(struct jit_ctx *ctx, bool ebpf_from_cbpf)
 180 {
 181         const struct bpf_prog *prog = ctx->prog;
 182         const u8 r6 = bpf2a64[BPF_REG_6];
 183         const u8 r7 = bpf2a64[BPF_REG_7];
 184         const u8 r8 = bpf2a64[BPF_REG_8];
 185         const u8 r9 = bpf2a64[BPF_REG_9];
 186         const u8 fp = bpf2a64[BPF_REG_FP];
 187         const u8 tcc = bpf2a64[TCALL_CNT];
 188         const int idx0 = ctx->idx;
 189         int cur_offset;
 190
 191         /*
 192          * BPF prog stack layout
 193          *
 194          *                         high
 195          * original A64_SP =>   0:+-----+ BPF prologue
 196          *                        |FP/LR|
 197          * current A64_FP =>  -16:+-----+
 198          *                        | ... | callee saved registers
 199          * BPF fp register => -64:+-----+ <= (BPF_FP)
 200          *                        |     |
 201          *                        | ... | BPF prog stack
 202          *                        |     |
 203          *                        +-----+ <= (BPF_FP - prog->aux->stack_depth)
 204          *                        |RSVD | padding
 205          * current A64_SP =>      +-----+ <= (BPF_FP - ctx->stack_size)
 206          *                        |     |
 207          *                        | ... | Function call stack
 208          *                        |     |
 209          *                        +-----+
 210          *                          low
 211          *
 212          */
 213
 214         /* Save FP and LR registers to stay align with ARM64 AAPCS */
 215         emit(A64_PUSH(A64_FP, A64_LR, A64_SP), ctx);
 216         emit(A64_MOV(1, A64_FP, A64_SP), ctx);
 217
 218         /* Save callee-saved registers */
 219         emit(A64_PUSH(r6, r7, A64_SP), ctx);
 220         emit(A64_PUSH(r8, r9, A64_SP), ctx);
 221         emit(A64_PUSH(fp, tcc, A64_SP), ctx);
 222
 223         /* Set up BPF prog stack base register */
 224         emit(A64_MOV(1, fp, A64_SP), ctx);
 225
 226         if (!ebpf_from_cbpf) {
 227                 /* Initialize tail_call_cnt */
 228                 emit(A64_MOVZ(1, tcc, 0, 0), ctx);
 229
 230                 cur_offset = ctx->idx - idx0;
 231                 if (cur_offset != PROLOGUE_OFFSET) {
 232                         pr_err_once("PROLOGUE_OFFSET = %d, expected %d!\n",
 233                                     cur_offset, PROLOGUE_OFFSET);
 234                         return -1;
 235                 }
 236         }
 237
 238         ctx->stack_size = STACK_ALIGN(prog->aux->stack_depth);
 239
 240         /* Set up function call stack */
 241         emit(A64_SUB_I(1, A64_SP, A64_SP, ctx->stack_size), ctx);
 242         return 0;
 243 }
 244
 245 static int out_offset = -1; /* initialized on the first pass of build_body() */
 246 static int emit_bpf_tail_call(struct jit_ctx *ctx)
 247 {
 248         /* bpf_tail_call(void *prog_ctx, struct bpf_array *array, u64 index) */
 249         const u8 r2 = bpf2a64[BPF_REG_2];
 250         const u8 r3 = bpf2a64[BPF_REG_3];
 251
 252         const u8 tmp = bpf2a64[TMP_REG_1];
 253         const u8 prg = bpf2a64[TMP_REG_2];
 254         const u8 tcc = bpf2a64[TCALL_CNT];
 255         const int idx0 = ctx->idx;
 256 #define cur_offset (ctx->idx - idx0)
 257 #define jmp_offset (out_offset - (cur_offset))
 258         size_t off;
 259
 260         /* if (index >= array->map.max_entries)
 261          *     goto out;
 262          */
 263         off = offsetof(struct bpf_array, map.max_entries);
 264         emit_a64_mov_i64(tmp, off, ctx);
 265         emit(A64_LDR32(tmp, r2, tmp), ctx);
 266         emit(A64_MOV(0, r3, r3), ctx);
 267         emit(A64_CMP(0, r3, tmp), ctx);
 268         emit(A64_B_(A64_COND_CS, jmp_offset), ctx);
 269
 270         /* if (tail_call_cnt > MAX_TAIL_CALL_CNT)
 271          *     goto out;
 272          * tail_call_cnt++;
 273          */
 274         emit_a64_mov_i64(tmp, MAX_TAIL_CALL_CNT, ctx);
 275         emit(A64_CMP(1, tcc, tmp), ctx);
 276         emit(A64_B_(A64_COND_HI, jmp_offset), ctx);
 277         emit(A64_ADD_I(1, tcc, tcc, 1), ctx);
 278
 279         /* prog = array->ptrs[index];
 280          * if (prog == NULL)
 281          *     goto out;
 282          */
 283         off = offsetof(struct bpf_array, ptrs);
 284         emit_a64_mov_i64(tmp, off, ctx);
 285         emit(A64_ADD(1, tmp, r2, tmp), ctx);
 286         emit(A64_LSL(1, prg, r3, 3), ctx);
 287         emit(A64_LDR64(prg, tmp, prg), ctx);
 288         emit(A64_CBZ(1, prg, jmp_offset), ctx);
 289
 290         /* goto *(prog->bpf_func + prologue_offset); */
 291         off = offsetof(struct bpf_prog, bpf_func);
 292         emit_a64_mov_i64(tmp, off, ctx);
 293         emit(A64_LDR64(tmp, prg, tmp), ctx);
 294         emit(A64_ADD_I(1, tmp, tmp, sizeof(u32) * PROLOGUE_OFFSET), ctx);
 295         emit(A64_ADD_I(1, A64_SP, A64_SP, ctx->stack_size), ctx);
 296         emit(A64_BR(tmp), ctx);
 297
 298         /* out: */
 299         if (out_offset == -1)
 300                 out_offset = cur_offset;
 301         if (cur_offset != out_offset) {
 302                 pr_err_once("tail_call out_offset = %d, expected %d!\n",
 303                             cur_offset, out_offset);
 304                 return -1;
 305         }
 306         return 0;
 307 #undef cur_offset
 308 #undef jmp_offset
 309 }
 310
 311 static void build_epilogue(struct jit_ctx *ctx)
 312 {
 313         const u8 r0 = bpf2a64[BPF_REG_0];
 314         const u8 r6 = bpf2a64[BPF_REG_6];
 315         const u8 r7 = bpf2a64[BPF_REG_7];
 316         const u8 r8 = bpf2a64[BPF_REG_8];
 317         const u8 r9 = bpf2a64[BPF_REG_9];
 318         const u8 fp = bpf2a64[BPF_REG_FP];
 319
 320         /* We're done with BPF stack */
 321         emit(A64_ADD_I(1, A64_SP, A64_SP, ctx->stack_size), ctx);
 322
 323         /* Restore fs (x25) and x26 */
 324         emit(A64_POP(fp, A64_R(26), A64_SP), ctx);
 325
 326         /* Restore callee-saved register */
 327         emit(A64_POP(r8, r9, A64_SP), ctx);
 328         emit(A64_POP(r6, r7, A64_SP), ctx);
 329
 330         /* Restore FP/LR registers */
 331         emit(A64_POP(A64_FP, A64_LR, A64_SP), ctx);
 332
 333         /* Set return value */
 334         emit(A64_MOV(1, A64_R(0), r0), ctx);
 335
 336         emit(A64_RET(A64_LR), ctx);
 337 }
 338
 339 /* JITs an eBPF instruction.
 340  * Returns:
 341  * 0  - successfully JITed an 8-byte eBPF instruction.
 342  * >0 - successfully JITed a 16-byte eBPF instruction.
 343  * <0 - failed to JIT.
 344  */
 345 static int build_insn(const struct bpf_insn *insn, struct jit_ctx *ctx,
 346                       bool extra_pass)
 347 {
 348         const u8 code = insn->code;
 349         const u8 dst = bpf2a64[insn->dst_reg];
 350         const u8 src = bpf2a64[insn->src_reg];
 351         const u8 tmp = bpf2a64[TMP_REG_1];
 352         const u8 tmp2 = bpf2a64[TMP_REG_2];
 353         const u8 tmp3 = bpf2a64[TMP_REG_3];
 354         const s16 off = insn->off;
 355         const s32 imm = insn->imm;
 356         const int i = insn - ctx->prog->insnsi;
 357         const bool is64 = BPF_CLASS(code) == BPF_ALU64 ||
 358                           BPF_CLASS(code) == BPF_JMP;
 359         const bool isdw = BPF_SIZE(code) == BPF_DW;
 360         u8 jmp_cond, reg;
 361         s32 jmp_offset;
 362
 363 #define check_imm(bits, imm) do {                               \
 364         if ((((imm) > 0) && ((imm) >> (bits))) ||               \
 365             (((imm) < 0) && (~(imm) >> (bits)))) {              \
 366                 pr_info("[%2d] imm=%d(0x%x) out of range\n",    \
 367                         i, imm, imm);                           \
 368                 return -EINVAL;                                 \
 369         }                                                       \
 370 } while (0)
 371 #define check_imm19(imm) check_imm(19, imm)
 372 #define check_imm26(imm) check_imm(26, imm)
 373
 374         switch (code) {
 375         /* dst = src */
 376         case BPF_ALU | BPF_MOV | BPF_X:
 377         case BPF_ALU64 | BPF_MOV | BPF_X:
 378                 emit(A64_MOV(is64, dst, src), ctx);
 379                 break;
 380         /* dst = dst OP src */
 381         case BPF_ALU | BPF_ADD | BPF_X:
 382         case BPF_ALU64 | BPF_ADD | BPF_X:
 383                 emit(A64_ADD(is64, dst, dst, src), ctx);
 384                 break;
 385         case BPF_ALU | BPF_SUB | BPF_X:
 386         case BPF_ALU64 | BPF_SUB | BPF_X:
 387                 emit(A64_SUB(is64, dst, dst, src), ctx);
 388                 break;
 389         case BPF_ALU | BPF_AND | BPF_X:
 390         case BPF_ALU64 | BPF_AND | BPF_X:
 391                 emit(A64_AND(is64, dst, dst, src), ctx);
 392                 break;
 393         case BPF_ALU | BPF_OR | BPF_X:
 394         case BPF_ALU64 | BPF_OR | BPF_X:
 395                 emit(A64_ORR(is64, dst, dst, src), ctx);
 396                 break;
 397         case BPF_ALU | BPF_XOR | BPF_X:
 398         case BPF_ALU64 | BPF_XOR | BPF_X:
 399                 emit(A64_EOR(is64, dst, dst, src), ctx);
 400                 break;
 401         case BPF_ALU | BPF_MUL | BPF_X:
 402         case BPF_ALU64 | BPF_MUL | BPF_X:
 403                 emit(A64_MUL(is64, dst, dst, src), ctx);
 404                 break;
 405         case BPF_ALU | BPF_DIV | BPF_X:
 406         case BPF_ALU64 | BPF_DIV | BPF_X:
 407         case BPF_ALU | BPF_MOD | BPF_X:
 408         case BPF_ALU64 | BPF_MOD | BPF_X:
 409                 switch (BPF_OP(code)) {
 410                 case BPF_DIV:
 411                         emit(A64_UDIV(is64, dst, dst, src), ctx);
 412                         break;
 413                 case BPF_MOD:
 414                         emit(A64_UDIV(is64, tmp, dst, src), ctx);
 415                         emit(A64_MSUB(is64, dst, dst, tmp, src), ctx);
 416                         break;
 417                 }
 418                 break;
 419         case BPF_ALU | BPF_LSH | BPF_X:
 420         case BPF_ALU64 | BPF_LSH | BPF_X:
 421                 emit(A64_LSLV(is64, dst, dst, src), ctx);
 422                 break;
 423         case BPF_ALU | BPF_RSH | BPF_X:
 424         case BPF_ALU64 | BPF_RSH | BPF_X:
 425                 emit(A64_LSRV(is64, dst, dst, src), ctx);
 426                 break;
 427         case BPF_ALU | BPF_ARSH | BPF_X:
 428         case BPF_ALU64 | BPF_ARSH | BPF_X:
 429                 emit(A64_ASRV(is64, dst, dst, src), ctx);
 430                 break;
 431         /* dst = -dst */
 432         case BPF_ALU | BPF_NEG:
 433         case BPF_ALU64 | BPF_NEG:
 434                 emit(A64_NEG(is64, dst, dst), ctx);
 435                 break;
 436         /* dst = BSWAP##imm(dst) */
 437         case BPF_ALU | BPF_END | BPF_FROM_LE:
 438         case BPF_ALU | BPF_END | BPF_FROM_BE:
 439 #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
 440                 if (BPF_SRC(code) == BPF_FROM_BE)
 441                         goto emit_bswap_uxt;
 442 #else /* !CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN */
 443                 if (BPF_SRC(code) == BPF_FROM_LE)
 444                         goto emit_bswap_uxt;
 445 #endif
 446                 switch (imm) {
 447                 case 16:
 448                         emit(A64_REV16(is64, dst, dst), ctx);
 449                         /* zero-extend 16 bits into 64 bits */
 450                         emit(A64_UXTH(is64, dst, dst), ctx);
 451                         break;
 452                 case 32:
 453                         emit(A64_REV32(is64, dst, dst), ctx);
 454                         /* upper 32 bits already cleared */
 455                         break;
 456                 case 64:
 457                         emit(A64_REV64(dst, dst), ctx);
 458                         break;
 459                 }
 460                 break;
 461 emit_bswap_uxt:
 462                 switch (imm) {
 463                 case 16:
 464                         /* zero-extend 16 bits into 64 bits */
 465                         emit(A64_UXTH(is64, dst, dst), ctx);
 466                         break;
 467                 case 32:
 468                         /* zero-extend 32 bits into 64 bits */
 469                         emit(A64_UXTW(is64, dst, dst), ctx);
 470                         break;
 471                 case 64:
 472                         /* nop */
 473                         break;
 474                 }
 475                 break;
 476         /* dst = imm */
 477         case BPF_ALU | BPF_MOV | BPF_K:
 478         case BPF_ALU64 | BPF_MOV | BPF_K:
 479                 emit_a64_mov_i(is64, dst, imm, ctx);
 480                 break;
 481         /* dst = dst OP imm */
 482         case BPF_ALU | BPF_ADD | BPF_K:
 483         case BPF_ALU64 | BPF_ADD | BPF_K:
 484                 emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 485                 emit(A64_ADD(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 486                 break;
 487         case BPF_ALU | BPF_SUB | BPF_K:
 488         case BPF_ALU64 | BPF_SUB | BPF_K:
 489                 emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 490                 emit(A64_SUB(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 491                 break;
 492         case BPF_ALU | BPF_AND | BPF_K:
 493         case BPF_ALU64 | BPF_AND | BPF_K:
 494                 emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 495                 emit(A64_AND(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 496                 break;
 497         case BPF_ALU | BPF_OR | BPF_K:
 498         case BPF_ALU64 | BPF_OR | BPF_K:
 499                 emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 500                 emit(A64_ORR(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 501                 break;
 502         case BPF_ALU | BPF_XOR | BPF_K:
 503         case BPF_ALU64 | BPF_XOR | BPF_K:
 504                 emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 505                 emit(A64_EOR(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 506                 break;
 507         case BPF_ALU | BPF_MUL | BPF_K:
 508         case BPF_ALU64 | BPF_MUL | BPF_K:
 509                 emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 510                 emit(A64_MUL(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 511                 break;
 512         case BPF_ALU | BPF_DIV | BPF_K:
 513         case BPF_ALU64 | BPF_DIV | BPF_K:
 514                 emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 515                 emit(A64_UDIV(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 516                 break;
 517         case BPF_ALU | BPF_MOD | BPF_K:
 518         case BPF_ALU64 | BPF_MOD | BPF_K:
 519                 emit_a64_mov_i(is64, tmp2, imm, ctx);
 520                 emit(A64_UDIV(is64, tmp, dst, tmp2), ctx);
 521                 emit(A64_MSUB(is64, dst, dst, tmp, tmp2), ctx);
 522                 break;
 523         case BPF_ALU | BPF_LSH | BPF_K:
 524         case BPF_ALU64 | BPF_LSH | BPF_K:
 525                 emit(A64_LSL(is64, dst, dst, imm), ctx);
 526                 break;
 527         case BPF_ALU | BPF_RSH | BPF_K:
 528         case BPF_ALU64 | BPF_RSH | BPF_K:
 529                 emit(A64_LSR(is64, dst, dst, imm), ctx);
 530                 break;
 531         case BPF_ALU | BPF_ARSH | BPF_K:
 532         case BPF_ALU64 | BPF_ARSH | BPF_K:
 533                 emit(A64_ASR(is64, dst, dst, imm), ctx);
 534                 break;
 535
 536         /* JUMP off */
 537         case BPF_JMP | BPF_JA:
 538                 jmp_offset = bpf2a64_offset(i, off, ctx);
 539                 check_imm26(jmp_offset);
 540                 emit(A64_B(jmp_offset), ctx);
 541                 break;
 542         /* IF (dst COND src) JUMP off */
 543         case BPF_JMP | BPF_JEQ | BPF_X:
 544         case BPF_JMP | BPF_JGT | BPF_X:
 545         case BPF_JMP | BPF_JLT | BPF_X:
 546         case BPF_JMP | BPF_JGE | BPF_X:
 547         case BPF_JMP | BPF_JLE | BPF_X:
 548         case BPF_JMP | BPF_JNE | BPF_X:
 549         case BPF_JMP | BPF_JSGT | BPF_X:
 550         case BPF_JMP | BPF_JSLT | BPF_X:
 551         case BPF_JMP | BPF_JSGE | BPF_X:
 552         case BPF_JMP | BPF_JSLE | BPF_X:
 553         case BPF_JMP32 | BPF_JEQ | BPF_X:
 554         case BPF_JMP32 | BPF_JGT | BPF_X:
 555         case BPF_JMP32 | BPF_JLT | BPF_X:
 556         case BPF_JMP32 | BPF_JGE | BPF_X:
 557         case BPF_JMP32 | BPF_JLE | BPF_X:
 558         case BPF_JMP32 | BPF_JNE | BPF_X:
 559         case BPF_JMP32 | BPF_JSGT | BPF_X:
 560         case BPF_JMP32 | BPF_JSLT | BPF_X:
 561         case BPF_JMP32 | BPF_JSGE | BPF_X:
 562         case BPF_JMP32 | BPF_JSLE | BPF_X:
 563                 emit(A64_CMP(is64, dst, src), ctx);
 564 emit_cond_jmp:
 565                 jmp_offset = bpf2a64_offset(i, off, ctx);
 566                 check_imm19(jmp_offset);
 567                 switch (BPF_OP(code)) {
 568                 case BPF_JEQ:
 569                         jmp_cond = A64_COND_EQ;
 570                         break;
 571                 case BPF_JGT:
 572                         jmp_cond = A64_COND_HI;
 573                         break;
 574                 case BPF_JLT:
 575                         jmp_cond = A64_COND_CC;
 576                         break;
 577                 case BPF_JGE:
 578                         jmp_cond = A64_COND_CS;
 579                         break;
 580                 case BPF_JLE:
 581                         jmp_cond = A64_COND_LS;
 582                         break;
 583                 case BPF_JSET:
 584                 case BPF_JNE:
 585                         jmp_cond = A64_COND_NE;
 586                         break;
 587                 case BPF_JSGT:
 588                         jmp_cond = A64_COND_GT;
 589                         break;
 590                 case BPF_JSLT:
 591                         jmp_cond = A64_COND_LT;
 592                         break;
 593                 case BPF_JSGE:
 594                         jmp_cond = A64_COND_GE;
 595                         break;
 596                 case BPF_JSLE:
 597                         jmp_cond = A64_COND_LE;
 598                         break;
 599                 default:
 600                         return -EFAULT;
 601                 }
 602                 emit(A64_B_(jmp_cond, jmp_offset), ctx);
 603                 break;
 604         case BPF_JMP | BPF_JSET | BPF_X:
 605         case BPF_JMP32 | BPF_JSET | BPF_X:
 606                 emit(A64_TST(is64, dst, src), ctx);
 607                 goto emit_cond_jmp;
 608         /* IF (dst COND imm) JUMP off */
 609         case BPF_JMP | BPF_JEQ | BPF_K:
 610         case BPF_JMP | BPF_JGT | BPF_K:
 611         case BPF_JMP | BPF_JLT | BPF_K:
 612         case BPF_JMP | BPF_JGE | BPF_K:
 613         case BPF_JMP | BPF_JLE | BPF_K:
 614         case BPF_JMP | BPF_JNE | BPF_K:
 615         case BPF_JMP | BPF_JSGT | BPF_K:
 616         case BPF_JMP | BPF_JSLT | BPF_K:
 617         case BPF_JMP | BPF_JSGE | BPF_K:
 618         case BPF_JMP | BPF_JSLE | BPF_K:
 619         case BPF_JMP32 | BPF_JEQ | BPF_K:
 620         case BPF_JMP32 | BPF_JGT | BPF_K:
 621         case BPF_JMP32 | BPF_JLT | BPF_K:
 622         case BPF_JMP32 | BPF_JGE | BPF_K:
 623         case BPF_JMP32 | BPF_JLE | BPF_K:
 624         case BPF_JMP32 | BPF_JNE | BPF_K:
 625         case BPF_JMP32 | BPF_JSGT | BPF_K:
 626         case BPF_JMP32 | BPF_JSLT | BPF_K:
 627         case BPF_JMP32 | BPF_JSGE | BPF_K:
 628         case BPF_JMP32 | BPF_JSLE | BPF_K:
 629                 emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 630                 emit(A64_CMP(is64, dst, tmp), ctx);
 631                 goto emit_cond_jmp;
 632         case BPF_JMP | BPF_JSET | BPF_K:
 633         case BPF_JMP32 | BPF_JSET | BPF_K:
 634                 emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 635                 emit(A64_TST(is64, dst, tmp), ctx);
 636                 goto emit_cond_jmp;
 637         /* function call */
 638         case BPF_JMP | BPF_CALL:
 639         {
 640                 const u8 r0 = bpf2a64[BPF_REG_0];
 641                 bool func_addr_fixed;
 642                 u64 func_addr;
 643                 int ret;
 644
 645                 ret = bpf_jit_get_func_addr(ctx->prog, insn, extra_pass,
 646                                             &func_addr, &func_addr_fixed);
 647                 if (ret < 0)
 648                         return ret;
 649                 emit_addr_mov_i64(tmp, func_addr, ctx);
 650                 emit(A64_BLR(tmp), ctx);
 651                 emit(A64_MOV(1, r0, A64_R(0)), ctx);
 652                 break;
 653         }
 654         /* tail call */
 655         case BPF_JMP | BPF_TAIL_CALL:
 656                 if (emit_bpf_tail_call(ctx))
 657                         return -EFAULT;
 658                 break;
 659         /* function return */
 660         case BPF_JMP | BPF_EXIT:
 661                 /* Optimization: when last instruction is EXIT,
 662                    simply fallthrough to epilogue. */
 663                 if (i == ctx->prog->len - 1)
 664                         break;
 665                 jmp_offset = epilogue_offset(ctx);
 666                 check_imm26(jmp_offset);
 667                 emit(A64_B(jmp_offset), ctx);
 668                 break;
 669
 670         /* dst = imm64 */
 671         case BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW:
 672         {
 673                 const struct bpf_insn insn1 = insn[1];
 674                 u64 imm64;
 675
 676                 imm64 = (u64)insn1.imm << 32 | (u32)imm;
 677                 emit_a64_mov_i64(dst, imm64, ctx);
 678
 679                 return 1;
 680         }
 681
 682         /* LDX: dst = *(size *)(src + off) */
 683         case BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_W:
 684         case BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_H:
 685         case BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_B:
 686         case BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_DW:
 687                 emit_a64_mov_i(1, tmp, off, ctx);
 688                 switch (BPF_SIZE(code)) {
 689                 case BPF_W:
 690                         emit(A64_LDR32(dst, src, tmp), ctx);
 691                         break;
 692                 case BPF_H:
 693                         emit(A64_LDRH(dst, src, tmp), ctx);
 694                         break;
 695                 case BPF_B:
 696                         emit(A64_LDRB(dst, src, tmp), ctx);
 697                         break;
 698                 case BPF_DW:
 699                         emit(A64_LDR64(dst, src, tmp), ctx);
 700                         break;
 701                 }
 702                 break;
 703
 704         /* speculation barrier */
 705         case BPF_ST | BPF_NOSPEC:
 706                 /*
 707                  * Nothing required here.
 708                  *
 709                  * In case of arm64, we rely on the firmware mitigation of
 710                  * Speculative Store Bypass as controlled via the ssbd kernel
 711                  * parameter. Whenever the mitigation is enabled, it works
 712                  * for all of the kernel code with no need to provide any
 713                  * additional instructions.
 714                  */
 715                 break;
 716
 717         /* ST: *(size *)(dst + off) = imm */
 718         case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_W:
 719         case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_H:
 720         case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_B:
 721         case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_DW:
 722                 /* Load imm to a register then store it */
 723                 emit_a64_mov_i(1, tmp2, off, ctx);
 724                 emit_a64_mov_i(1, tmp, imm, ctx);
 725                 switch (BPF_SIZE(code)) {
 726                 case BPF_W:
 727                         emit(A64_STR32(tmp, dst, tmp2), ctx);
 728                         break;
 729                 case BPF_H:
 730                         emit(A64_STRH(tmp, dst, tmp2), ctx);
 731                         break;
 732                 case BPF_B:
 733                         emit(A64_STRB(tmp, dst, tmp2), ctx);
 734                         break;
 735                 case BPF_DW:
 736                         emit(A64_STR64(tmp, dst, tmp2), ctx);
 737                         break;
 738                 }
 739                 break;
 740
 741         /* STX: *(size *)(dst + off) = src */
 742         case BPF_STX | BPF_MEM | BPF_W:
 743         case BPF_STX | BPF_MEM | BPF_H:
 744         case BPF_STX | BPF_MEM | BPF_B:
 745         case BPF_STX | BPF_MEM | BPF_DW:
 746                 emit_a64_mov_i(1, tmp, off, ctx);
 747                 switch (BPF_SIZE(code)) {
 748                 case BPF_W:
 749                         emit(A64_STR32(src, dst, tmp), ctx);
 750                         break;
 751                 case BPF_H:
 752                         emit(A64_STRH(src, dst, tmp), ctx);
 753                         break;
 754                 case BPF_B:
 755                         emit(A64_STRB(src, dst, tmp), ctx);
 756                         break;
 757                 case BPF_DW:
 758                         emit(A64_STR64(src, dst, tmp), ctx);
 759                         break;
 760                 }
 761                 break;
 762
 763         /* STX XADD: lock *(u32 *)(dst + off) += src */
 764         case BPF_STX | BPF_XADD | BPF_W:
 765         /* STX XADD: lock *(u64 *)(dst + off) += src */
 766         case BPF_STX | BPF_XADD | BPF_DW:
 767                 if (!off) {
 768                         reg = dst;
 769                 } else {
 770                         emit_a64_mov_i(1, tmp, off, ctx);
 771                         emit(A64_ADD(1, tmp, tmp, dst), ctx);
 772                         reg = tmp;
 773                 }
 774                 if (cpus_have_cap(ARM64_HAS_LSE_ATOMICS)) {
 775                         emit(A64_STADD(isdw, reg, src), ctx);
 776                 } else {
 777                         emit(A64_LDXR(isdw, tmp2, reg), ctx);
 778                         emit(A64_ADD(isdw, tmp2, tmp2, src), ctx);
 779                         emit(A64_STXR(isdw, tmp2, reg, tmp3), ctx);
 780                         jmp_offset = -3;
 781                         check_imm19(jmp_offset);
 782                         emit(A64_CBNZ(0, tmp3, jmp_offset), ctx);
 783                 }
 784                 break;
 785
 786         default:
 787                 pr_err_once("unknown opcode %02x\n", code);
 788                 return -EINVAL;
 789         }
 790
 791         return 0;
 792 }
 793
 794 static int build_body(struct jit_ctx *ctx, bool extra_pass)
 795 {
 796         const struct bpf_prog *prog = ctx->prog;
 797         int i;
 798
 799         /*
 800          * - offset[0] offset of the end of prologue,
 801          *   start of the 1st instruction.
 802          * - offset[1] - offset of the end of 1st instruction,
 803          *   start of the 2nd instruction
 804          * [....]
 805          * - offset[3] - offset of the end of 3rd instruction,
 806          *   start of 4th instruction
 807          */
 808         for (i = 0; i < prog->len; i++) {
 809                 const struct bpf_insn *insn = &prog->insnsi[i];
 810                 int ret;
 811
 812                 if (ctx->image == NULL)
 813                         ctx->offset[i] = ctx->idx;
 814                 ret = build_insn(insn, ctx, extra_pass);
 815                 if (ret > 0) {
 816                         i++;
 817                         if (ctx->image == NULL)
 818                                 ctx->offset[i] = ctx->idx;
 819                         continue;
 820                 }
 821                 if (ret)
 822                         return ret;
 823         }
 824         /*
 825          * offset is allocated with prog->len + 1 so fill in
 826          * the last element with the offset after the last
 827          * instruction (end of program)
 828          */
 829         if (ctx->image == NULL)
 830                 ctx->offset[i] = ctx->idx;
 831
 832         return 0;
 833 }
 834
 835 static int validate_code(struct jit_ctx *ctx)
 836 {
 837         int i;
 838
 839         for (i = 0; i < ctx->idx; i++) {
 840                 u32 a64_insn = le32_to_cpu(ctx->image[i]);
 841
 842                 if (a64_insn == AARCH64_BREAK_FAULT)
 843                         return -1;
 844         }
 845
 846         return 0;
 847 }
 848
 849 static inline void bpf_flush_icache(void *start, void *end)
 850 {
 851         flush_icache_range((unsigned long)start, (unsigned long)end);
 852 }
 853
 854 struct arm64_jit_data {
 855         struct bpf_binary_header *header;
 856         u8 *image;
 857         struct jit_ctx ctx;
 858 };
 859
 860 struct bpf_prog *bpf_int_jit_compile(struct bpf_prog *prog)
 861 {
 862         struct bpf_prog *tmp, *orig_prog = prog;
 863         struct bpf_binary_header *header;
 864         struct arm64_jit_data *jit_data;
 865         bool was_classic = bpf_prog_was_classic(prog);
 866         bool tmp_blinded = false;
 867         bool extra_pass = false;
 868         struct jit_ctx ctx;
 869         int image_size;
 870         u8 *image_ptr;
 871
 872         if (!prog->jit_requested)
 873                 return orig_prog;
 874
 875         tmp = bpf_jit_blind_constants(prog);
 876         /* If blinding was requested and we failed during blinding,
 877          * we must fall back to the interpreter.
 878          */
 879         if (IS_ERR(tmp))
 880                 return orig_prog;
 881         if (tmp != prog) {
 882                 tmp_blinded = true;
 883                 prog = tmp;
 884         }
 885
 886         jit_data = prog->aux->jit_data;
 887         if (!jit_data) {
 888                 jit_data = kzalloc(sizeof(*jit_data), GFP_KERNEL);
 889                 if (!jit_data) {
 890                         prog = orig_prog;
 891                         goto out;
 892                 }
 893                 prog->aux->jit_data = jit_data;
 894         }
 895         if (jit_data->ctx.offset) {
 896                 ctx = jit_data->ctx;
 897                 image_ptr = jit_data->image;
 898                 header = jit_data->header;
 899                 extra_pass = true;
 900                 image_size = sizeof(u32) * ctx.idx;
 901                 goto skip_init_ctx;
 902         }
 903         memset(&ctx, 0, sizeof(ctx));
 904         ctx.prog = prog;
 905
 906         ctx.offset = kcalloc(prog->len + 1, sizeof(int), GFP_KERNEL);
 907         if (ctx.offset == NULL) {
 908                 prog = orig_prog;
 909                 goto out_off;
 910         }
 911
 912         /*
 913          * 1. Initial fake pass to compute ctx->idx and ctx->offset.
 914          *
 915          * BPF line info needs ctx->offset[i] to be the offset of
 916          * instruction[i] in jited image, so build prologue first.
 917          */
 918         if (build_prologue(&ctx, was_classic)) {
 919                 prog = orig_prog;
 920                 goto out_off;
 921         }
 922
 923         if (build_body(&ctx, extra_pass)) {
 924                 prog = orig_prog;
 925                 goto out_off;
 926         }
 927
 928         ctx.epilogue_offset = ctx.idx;
 929         build_epilogue(&ctx);
 930
 931         /* Now we know the actual image size. */
 932         image_size = sizeof(u32) * ctx.idx;
 933         header = bpf_jit_binary_alloc(image_size, &image_ptr,
 934                                       sizeof(u32), jit_fill_hole);
 935         if (header == NULL) {
 936                 prog = orig_prog;
 937                 goto out_off;
 938         }
 939
 940         /* 2. Now, the actual pass. */
 941
 942         ctx.image = (__le32 *)image_ptr;
 943 skip_init_ctx:
 944         ctx.idx = 0;
 945
 946         build_prologue(&ctx, was_classic);
 947
 948         if (build_body(&ctx, extra_pass)) {
 949                 bpf_jit_binary_free(header);
 950                 prog = orig_prog;
 951                 goto out_off;
 952         }
 953
 954         build_epilogue(&ctx);
 955
 956         /* 3. Extra pass to validate JITed code. */
 957         if (validate_code(&ctx)) {
 958                 bpf_jit_binary_free(header);
 959                 prog = orig_prog;
 960                 goto out_off;
 961         }
 962
 963         /* And we're done. */
 964         if (bpf_jit_enable > 1)
 965                 bpf_jit_dump(prog->len, image_size, 2, ctx.image);
 966
 967         bpf_flush_icache(header, ctx.image + ctx.idx);
 968
 969         if (!prog->is_func || extra_pass) {
 970                 if (extra_pass && ctx.idx != jit_data->ctx.idx) {
 971                         pr_err_once("multi-func JIT bug %d != %d\n",
 972                                     ctx.idx, jit_data->ctx.idx);
 973                         bpf_jit_binary_free(header);
 974                         prog->bpf_func = NULL;
 975                         prog->jited = 0;
 976                         prog->jited_len = 0;
 977                         goto out_off;
 978                 }
 979                 bpf_jit_binary_lock_ro(header);
 980         } else {
 981                 jit_data->ctx = ctx;
 982                 jit_data->image = image_ptr;
 983                 jit_data->header = header;
 984         }
 985         prog->bpf_func = (void *)ctx.image;
 986         prog->jited = 1;
 987         prog->jited_len = image_size;
 988
 989         if (!prog->is_func || extra_pass) {
 990                 int i;
 991
 992                 /* offset[prog->len] is the size of program */
 993                 for (i = 0; i <= prog->len; i++)
 994                         ctx.offset[i] *= AARCH64_INSN_SIZE;
 995                 bpf_prog_fill_jited_linfo(prog, ctx.offset + 1);
 996 out_off:
 997                 kfree(ctx.offset);
 998                 kfree(jit_data);
 999                 prog->aux->jit_data = NULL;
1000         }
1001 out:
1002         if (tmp_blinded)
1003                 bpf_jit_prog_release_other(prog, prog == orig_prog ?
1004                                            tmp : orig_prog);
1005         return prog;
1006 }
1007
1008 u64 bpf_jit_alloc_exec_limit(void)
1009 {
1010         return BPF_JIT_REGION_SIZE;
1011 }
1012
1013 void *bpf_jit_alloc_exec(unsigned long size)
1014 {
1015         return __vmalloc_node_range(size, PAGE_SIZE, BPF_JIT_REGION_START,
1016                                     BPF_JIT_REGION_END, GFP_KERNEL,
1017                                     PAGE_KERNEL, 0, NUMA_NO_NODE,
1018                                     __builtin_return_address(0));
1019 }
1020
1021 void bpf_jit_free_exec(void *addr)
1022 {
1023         return vfree(addr);
1024 }