GNU Linux-libre 5.4.274-gnu1
[releases.git] / arch / x86 / lib / insn-eval.c
1 /*
2  * Utility functions for x86 operand and address decoding
3  *
4  * Copyright (C) Intel Corporation 2017
5  */
6 #include <linux/kernel.h>
7 #include <linux/string.h>
8 #include <linux/ratelimit.h>
9 #include <linux/mmu_context.h>
10 #include <asm/desc_defs.h>
11 #include <asm/desc.h>
12 #include <asm/inat.h>
13 #include <asm/insn.h>
14 #include <asm/insn-eval.h>
15 #include <asm/ldt.h>
16 #include <asm/vm86.h>
17
18 #undef pr_fmt
19 #define pr_fmt(fmt) "insn: " fmt
20
21 enum reg_type {
22         REG_TYPE_RM = 0,
23         REG_TYPE_INDEX,
24         REG_TYPE_BASE,
25 };
26
27 /**
28  * is_string_insn() - Determine if instruction is a string instruction
29  * @insn:       Instruction containing the opcode to inspect
30  *
31  * Returns:
32  *
33  * true if the instruction, determined by the opcode, is any of the
34  * string instructions as defined in the Intel Software Development manual.
35  * False otherwise.
36  */
37 static bool is_string_insn(struct insn *insn)
38 {
39         insn_get_opcode(insn);
40
41         /* All string instructions have a 1-byte opcode. */
42         if (insn->opcode.nbytes != 1)
43                 return false;
44
45         switch (insn->opcode.bytes[0]) {
46         case 0x6c ... 0x6f:     /* INS, OUTS */
47         case 0xa4 ... 0xa7:     /* MOVS, CMPS */
48         case 0xaa ... 0xaf:     /* STOS, LODS, SCAS */
49                 return true;
50         default:
51                 return false;
52         }
53 }
54
55 /**
56  * get_seg_reg_override_idx() - obtain segment register override index
57  * @insn:       Valid instruction with segment override prefixes
58  *
59  * Inspect the instruction prefixes in @insn and find segment overrides, if any.
60  *
61  * Returns:
62  *
63  * A constant identifying the segment register to use, among CS, SS, DS,
64  * ES, FS, or GS. INAT_SEG_REG_DEFAULT is returned if no segment override
65  * prefixes were found.
66  *
67  * -EINVAL in case of error.
68  */
69 static int get_seg_reg_override_idx(struct insn *insn)
70 {
71         int idx = INAT_SEG_REG_DEFAULT;
72         int num_overrides = 0, i;
73         insn_byte_t p;
74
75         insn_get_prefixes(insn);
76
77         /* Look for any segment override prefixes. */
78         for_each_insn_prefix(insn, i, p) {
79                 insn_attr_t attr;
80
81                 attr = inat_get_opcode_attribute(p);
82                 switch (attr) {
83                 case INAT_MAKE_PREFIX(INAT_PFX_CS):
84                         idx = INAT_SEG_REG_CS;
85                         num_overrides++;
86                         break;
87                 case INAT_MAKE_PREFIX(INAT_PFX_SS):
88                         idx = INAT_SEG_REG_SS;
89                         num_overrides++;
90                         break;
91                 case INAT_MAKE_PREFIX(INAT_PFX_DS):
92                         idx = INAT_SEG_REG_DS;
93                         num_overrides++;
94                         break;
95                 case INAT_MAKE_PREFIX(INAT_PFX_ES):
96                         idx = INAT_SEG_REG_ES;
97                         num_overrides++;
98                         break;
99                 case INAT_MAKE_PREFIX(INAT_PFX_FS):
100                         idx = INAT_SEG_REG_FS;
101                         num_overrides++;
102                         break;
103                 case INAT_MAKE_PREFIX(INAT_PFX_GS):
104                         idx = INAT_SEG_REG_GS;
105                         num_overrides++;
106                         break;
107                 /* No default action needed. */
108                 }
109         }
110
111         /* More than one segment override prefix leads to undefined behavior. */
112         if (num_overrides > 1)
113                 return -EINVAL;
114
115         return idx;
116 }
117
118 /**
119  * check_seg_overrides() - check if segment override prefixes are allowed
120  * @insn:       Valid instruction with segment override prefixes
121  * @regoff:     Operand offset, in pt_regs, for which the check is performed
122  *
123  * For a particular register used in register-indirect addressing, determine if
124  * segment override prefixes can be used. Specifically, no overrides are allowed
125  * for rDI if used with a string instruction.
126  *
127  * Returns:
128  *
129  * True if segment override prefixes can be used with the register indicated
130  * in @regoff. False if otherwise.
131  */
132 static bool check_seg_overrides(struct insn *insn, int regoff)
133 {
134         if (regoff == offsetof(struct pt_regs, di) && is_string_insn(insn))
135                 return false;
136
137         return true;
138 }
139
140 /**
141  * resolve_default_seg() - resolve default segment register index for an operand
142  * @insn:       Instruction with opcode and address size. Must be valid.
143  * @regs:       Register values as seen when entering kernel mode
144  * @off:        Operand offset, in pt_regs, for which resolution is needed
145  *
146  * Resolve the default segment register index associated with the instruction
147  * operand register indicated by @off. Such index is resolved based on defaults
148  * described in the Intel Software Development Manual.
149  *
150  * Returns:
151  *
152  * If in protected mode, a constant identifying the segment register to use,
153  * among CS, SS, ES or DS. If in long mode, INAT_SEG_REG_IGNORE.
154  *
155  * -EINVAL in case of error.
156  */
157 static int resolve_default_seg(struct insn *insn, struct pt_regs *regs, int off)
158 {
159         if (user_64bit_mode(regs))
160                 return INAT_SEG_REG_IGNORE;
161         /*
162          * Resolve the default segment register as described in Section 3.7.4
163          * of the Intel Software Development Manual Vol. 1:
164          *
165          *  + DS for all references involving r[ABCD]X, and rSI.
166          *  + If used in a string instruction, ES for rDI. Otherwise, DS.
167          *  + AX, CX and DX are not valid register operands in 16-bit address
168          *    encodings but are valid for 32-bit and 64-bit encodings.
169          *  + -EDOM is reserved to identify for cases in which no register
170          *    is used (i.e., displacement-only addressing). Use DS.
171          *  + SS for rSP or rBP.
172          *  + CS for rIP.
173          */
174
175         switch (off) {
176         case offsetof(struct pt_regs, ax):
177         case offsetof(struct pt_regs, cx):
178         case offsetof(struct pt_regs, dx):
179                 /* Need insn to verify address size. */
180                 if (insn->addr_bytes == 2)
181                         return -EINVAL;
182
183                 /* fall through */
184
185         case -EDOM:
186         case offsetof(struct pt_regs, bx):
187         case offsetof(struct pt_regs, si):
188                 return INAT_SEG_REG_DS;
189
190         case offsetof(struct pt_regs, di):
191                 if (is_string_insn(insn))
192                         return INAT_SEG_REG_ES;
193                 return INAT_SEG_REG_DS;
194
195         case offsetof(struct pt_regs, bp):
196         case offsetof(struct pt_regs, sp):
197                 return INAT_SEG_REG_SS;
198
199         case offsetof(struct pt_regs, ip):
200                 return INAT_SEG_REG_CS;
201
202         default:
203                 return -EINVAL;
204         }
205 }
206
207 /**
208  * resolve_seg_reg() - obtain segment register index
209  * @insn:       Instruction with operands
210  * @regs:       Register values as seen when entering kernel mode
211  * @regoff:     Operand offset, in pt_regs, used to deterimine segment register
212  *
213  * Determine the segment register associated with the operands and, if
214  * applicable, prefixes and the instruction pointed by @insn.
215  *
216  * The segment register associated to an operand used in register-indirect
217  * addressing depends on:
218  *
219  * a) Whether running in long mode (in such a case segments are ignored, except
220  * if FS or GS are used).
221  *
222  * b) Whether segment override prefixes can be used. Certain instructions and
223  *    registers do not allow override prefixes.
224  *
225  * c) Whether segment overrides prefixes are found in the instruction prefixes.
226  *
227  * d) If there are not segment override prefixes or they cannot be used, the
228  *    default segment register associated with the operand register is used.
229  *
230  * The function checks first if segment override prefixes can be used with the
231  * operand indicated by @regoff. If allowed, obtain such overridden segment
232  * register index. Lastly, if not prefixes were found or cannot be used, resolve
233  * the segment register index to use based on the defaults described in the
234  * Intel documentation. In long mode, all segment register indexes will be
235  * ignored, except if overrides were found for FS or GS. All these operations
236  * are done using helper functions.
237  *
238  * The operand register, @regoff, is represented as the offset from the base of
239  * pt_regs.
240  *
241  * As stated, the main use of this function is to determine the segment register
242  * index based on the instruction, its operands and prefixes. Hence, @insn
243  * must be valid. However, if @regoff indicates rIP, we don't need to inspect
244  * @insn at all as in this case CS is used in all cases. This case is checked
245  * before proceeding further.
246  *
247  * Please note that this function does not return the value in the segment
248  * register (i.e., the segment selector) but our defined index. The segment
249  * selector needs to be obtained using get_segment_selector() and passing the
250  * segment register index resolved by this function.
251  *
252  * Returns:
253  *
254  * An index identifying the segment register to use, among CS, SS, DS,
255  * ES, FS, or GS. INAT_SEG_REG_IGNORE is returned if running in long mode.
256  *
257  * -EINVAL in case of error.
258  */
259 static int resolve_seg_reg(struct insn *insn, struct pt_regs *regs, int regoff)
260 {
261         int idx;
262
263         /*
264          * In the unlikely event of having to resolve the segment register
265          * index for rIP, do it first. Segment override prefixes should not
266          * be used. Hence, it is not necessary to inspect the instruction,
267          * which may be invalid at this point.
268          */
269         if (regoff == offsetof(struct pt_regs, ip)) {
270                 if (user_64bit_mode(regs))
271                         return INAT_SEG_REG_IGNORE;
272                 else
273                         return INAT_SEG_REG_CS;
274         }
275
276         if (!insn)
277                 return -EINVAL;
278
279         if (!check_seg_overrides(insn, regoff))
280                 return resolve_default_seg(insn, regs, regoff);
281
282         idx = get_seg_reg_override_idx(insn);
283         if (idx < 0)
284                 return idx;
285
286         if (idx == INAT_SEG_REG_DEFAULT)
287                 return resolve_default_seg(insn, regs, regoff);
288
289         /*
290          * In long mode, segment override prefixes are ignored, except for
291          * overrides for FS and GS.
292          */
293         if (user_64bit_mode(regs)) {
294                 if (idx != INAT_SEG_REG_FS &&
295                     idx != INAT_SEG_REG_GS)
296                         idx = INAT_SEG_REG_IGNORE;
297         }
298
299         return idx;
300 }
301
302 /**
303  * get_segment_selector() - obtain segment selector
304  * @regs:               Register values as seen when entering kernel mode
305  * @seg_reg_idx:        Segment register index to use
306  *
307  * Obtain the segment selector from any of the CS, SS, DS, ES, FS, GS segment
308  * registers. In CONFIG_X86_32, the segment is obtained from either pt_regs or
309  * kernel_vm86_regs as applicable. In CONFIG_X86_64, CS and SS are obtained
310  * from pt_regs. DS, ES, FS and GS are obtained by reading the actual CPU
311  * registers. This done for only for completeness as in CONFIG_X86_64 segment
312  * registers are ignored.
313  *
314  * Returns:
315  *
316  * Value of the segment selector, including null when running in
317  * long mode.
318  *
319  * -EINVAL on error.
320  */
321 static short get_segment_selector(struct pt_regs *regs, int seg_reg_idx)
322 {
323 #ifdef CONFIG_X86_64
324         unsigned short sel;
325
326         switch (seg_reg_idx) {
327         case INAT_SEG_REG_IGNORE:
328                 return 0;
329         case INAT_SEG_REG_CS:
330                 return (unsigned short)(regs->cs & 0xffff);
331         case INAT_SEG_REG_SS:
332                 return (unsigned short)(regs->ss & 0xffff);
333         case INAT_SEG_REG_DS:
334                 savesegment(ds, sel);
335                 return sel;
336         case INAT_SEG_REG_ES:
337                 savesegment(es, sel);
338                 return sel;
339         case INAT_SEG_REG_FS:
340                 savesegment(fs, sel);
341                 return sel;
342         case INAT_SEG_REG_GS:
343                 savesegment(gs, sel);
344                 return sel;
345         default:
346                 return -EINVAL;
347         }
348 #else /* CONFIG_X86_32 */
349         struct kernel_vm86_regs *vm86regs = (struct kernel_vm86_regs *)regs;
350
351         if (v8086_mode(regs)) {
352                 switch (seg_reg_idx) {
353                 case INAT_SEG_REG_CS:
354                         return (unsigned short)(regs->cs & 0xffff);
355                 case INAT_SEG_REG_SS:
356                         return (unsigned short)(regs->ss & 0xffff);
357                 case INAT_SEG_REG_DS:
358                         return vm86regs->ds;
359                 case INAT_SEG_REG_ES:
360                         return vm86regs->es;
361                 case INAT_SEG_REG_FS:
362                         return vm86regs->fs;
363                 case INAT_SEG_REG_GS:
364                         return vm86regs->gs;
365                 case INAT_SEG_REG_IGNORE:
366                         /* fall through */
367                 default:
368                         return -EINVAL;
369                 }
370         }
371
372         switch (seg_reg_idx) {
373         case INAT_SEG_REG_CS:
374                 return (unsigned short)(regs->cs & 0xffff);
375         case INAT_SEG_REG_SS:
376                 return (unsigned short)(regs->ss & 0xffff);
377         case INAT_SEG_REG_DS:
378                 return (unsigned short)(regs->ds & 0xffff);
379         case INAT_SEG_REG_ES:
380                 return (unsigned short)(regs->es & 0xffff);
381         case INAT_SEG_REG_FS:
382                 return (unsigned short)(regs->fs & 0xffff);
383         case INAT_SEG_REG_GS:
384                 /*
385                  * GS may or may not be in regs as per CONFIG_X86_32_LAZY_GS.
386                  * The macro below takes care of both cases.
387                  */
388                 return get_user_gs(regs);
389         case INAT_SEG_REG_IGNORE:
390                 /* fall through */
391         default:
392                 return -EINVAL;
393         }
394 #endif /* CONFIG_X86_64 */
395 }
396
397 static int get_reg_offset(struct insn *insn, struct pt_regs *regs,
398                           enum reg_type type)
399 {
400         int regno = 0;
401
402         static const int regoff[] = {
403                 offsetof(struct pt_regs, ax),
404                 offsetof(struct pt_regs, cx),
405                 offsetof(struct pt_regs, dx),
406                 offsetof(struct pt_regs, bx),
407                 offsetof(struct pt_regs, sp),
408                 offsetof(struct pt_regs, bp),
409                 offsetof(struct pt_regs, si),
410                 offsetof(struct pt_regs, di),
411 #ifdef CONFIG_X86_64
412                 offsetof(struct pt_regs, r8),
413                 offsetof(struct pt_regs, r9),
414                 offsetof(struct pt_regs, r10),
415                 offsetof(struct pt_regs, r11),
416                 offsetof(struct pt_regs, r12),
417                 offsetof(struct pt_regs, r13),
418                 offsetof(struct pt_regs, r14),
419                 offsetof(struct pt_regs, r15),
420 #endif
421         };
422         int nr_registers = ARRAY_SIZE(regoff);
423         /*
424          * Don't possibly decode a 32-bit instructions as
425          * reading a 64-bit-only register.
426          */
427         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_64) && !insn->x86_64)
428                 nr_registers -= 8;
429
430         switch (type) {
431         case REG_TYPE_RM:
432                 regno = X86_MODRM_RM(insn->modrm.value);
433
434                 /*
435                  * ModRM.mod == 0 and ModRM.rm == 5 means a 32-bit displacement
436                  * follows the ModRM byte.
437                  */
438                 if (!X86_MODRM_MOD(insn->modrm.value) && regno == 5)
439                         return -EDOM;
440
441                 if (X86_REX_B(insn->rex_prefix.value))
442                         regno += 8;
443                 break;
444
445         case REG_TYPE_INDEX:
446                 regno = X86_SIB_INDEX(insn->sib.value);
447                 if (X86_REX_X(insn->rex_prefix.value))
448                         regno += 8;
449
450                 /*
451                  * If ModRM.mod != 3 and SIB.index = 4 the scale*index
452                  * portion of the address computation is null. This is
453                  * true only if REX.X is 0. In such a case, the SIB index
454                  * is used in the address computation.
455                  */
456                 if (X86_MODRM_MOD(insn->modrm.value) != 3 && regno == 4)
457                         return -EDOM;
458                 break;
459
460         case REG_TYPE_BASE:
461                 regno = X86_SIB_BASE(insn->sib.value);
462                 /*
463                  * If ModRM.mod is 0 and SIB.base == 5, the base of the
464                  * register-indirect addressing is 0. In this case, a
465                  * 32-bit displacement follows the SIB byte.
466                  */
467                 if (!X86_MODRM_MOD(insn->modrm.value) && regno == 5)
468                         return -EDOM;
469
470                 if (X86_REX_B(insn->rex_prefix.value))
471                         regno += 8;
472                 break;
473
474         default:
475                 pr_err_ratelimited("invalid register type: %d\n", type);
476                 return -EINVAL;
477         }
478
479         if (regno >= nr_registers) {
480                 WARN_ONCE(1, "decoded an instruction with an invalid register");
481                 return -EINVAL;
482         }
483         return regoff[regno];
484 }
485
486 /**
487  * get_reg_offset_16() - Obtain offset of register indicated by instruction
488  * @insn:       Instruction containing ModRM byte
489  * @regs:       Register values as seen when entering kernel mode
490  * @offs1:      Offset of the first operand register
491  * @offs2:      Offset of the second opeand register, if applicable
492  *
493  * Obtain the offset, in pt_regs, of the registers indicated by the ModRM byte
494  * in @insn. This function is to be used with 16-bit address encodings. The
495  * @offs1 and @offs2 will be written with the offset of the two registers
496  * indicated by the instruction. In cases where any of the registers is not
497  * referenced by the instruction, the value will be set to -EDOM.
498  *
499  * Returns:
500  *
501  * 0 on success, -EINVAL on error.
502  */
503 static int get_reg_offset_16(struct insn *insn, struct pt_regs *regs,
504                              int *offs1, int *offs2)
505 {
506         /*
507          * 16-bit addressing can use one or two registers. Specifics of
508          * encodings are given in Table 2-1. "16-Bit Addressing Forms with the
509          * ModR/M Byte" of the Intel Software Development Manual.
510          */
511         static const int regoff1[] = {
512                 offsetof(struct pt_regs, bx),
513                 offsetof(struct pt_regs, bx),
514                 offsetof(struct pt_regs, bp),
515                 offsetof(struct pt_regs, bp),
516                 offsetof(struct pt_regs, si),
517                 offsetof(struct pt_regs, di),
518                 offsetof(struct pt_regs, bp),
519                 offsetof(struct pt_regs, bx),
520         };
521
522         static const int regoff2[] = {
523                 offsetof(struct pt_regs, si),
524                 offsetof(struct pt_regs, di),
525                 offsetof(struct pt_regs, si),
526                 offsetof(struct pt_regs, di),
527                 -EDOM,
528                 -EDOM,
529                 -EDOM,
530                 -EDOM,
531         };
532
533         if (!offs1 || !offs2)
534                 return -EINVAL;
535
536         /* Operand is a register, use the generic function. */
537         if (X86_MODRM_MOD(insn->modrm.value) == 3) {
538                 *offs1 = insn_get_modrm_rm_off(insn, regs);
539                 *offs2 = -EDOM;
540                 return 0;
541         }
542
543         *offs1 = regoff1[X86_MODRM_RM(insn->modrm.value)];
544         *offs2 = regoff2[X86_MODRM_RM(insn->modrm.value)];
545
546         /*
547          * If ModRM.mod is 0 and ModRM.rm is 110b, then we use displacement-
548          * only addressing. This means that no registers are involved in
549          * computing the effective address. Thus, ensure that the first
550          * register offset is invalild. The second register offset is already
551          * invalid under the aforementioned conditions.
552          */
553         if ((X86_MODRM_MOD(insn->modrm.value) == 0) &&
554             (X86_MODRM_RM(insn->modrm.value) == 6))
555                 *offs1 = -EDOM;
556
557         return 0;
558 }
559
560 /**
561  * get_desc() - Obtain contents of a segment descriptor
562  * @out:        Segment descriptor contents on success
563  * @sel:        Segment selector
564  *
565  * Given a segment selector, obtain a pointer to the segment descriptor.
566  * Both global and local descriptor tables are supported.
567  *
568  * Returns:
569  *
570  * True on success, false on failure.
571  *
572  * NULL on error.
573  */
574 static bool get_desc(struct desc_struct *out, unsigned short sel)
575 {
576         struct desc_ptr gdt_desc = {0, 0};
577         unsigned long desc_base;
578
579 #ifdef CONFIG_MODIFY_LDT_SYSCALL
580         if ((sel & SEGMENT_TI_MASK) == SEGMENT_LDT) {
581                 bool success = false;
582                 struct ldt_struct *ldt;
583
584                 /* Bits [15:3] contain the index of the desired entry. */
585                 sel >>= 3;
586
587                 mutex_lock(&current->active_mm->context.lock);
588                 ldt = current->active_mm->context.ldt;
589                 if (ldt && sel < ldt->nr_entries) {
590                         *out = ldt->entries[sel];
591                         success = true;
592                 }
593
594                 mutex_unlock(&current->active_mm->context.lock);
595
596                 return success;
597         }
598 #endif
599         native_store_gdt(&gdt_desc);
600
601         /*
602          * Segment descriptors have a size of 8 bytes. Thus, the index is
603          * multiplied by 8 to obtain the memory offset of the desired descriptor
604          * from the base of the GDT. As bits [15:3] of the segment selector
605          * contain the index, it can be regarded as multiplied by 8 already.
606          * All that remains is to clear bits [2:0].
607          */
608         desc_base = sel & ~(SEGMENT_RPL_MASK | SEGMENT_TI_MASK);
609
610         if (desc_base > gdt_desc.size)
611                 return false;
612
613         *out = *(struct desc_struct *)(gdt_desc.address + desc_base);
614         return true;
615 }
616
617 /**
618  * insn_get_seg_base() - Obtain base address of segment descriptor.
619  * @regs:               Register values as seen when entering kernel mode
620  * @seg_reg_idx:        Index of the segment register pointing to seg descriptor
621  *
622  * Obtain the base address of the segment as indicated by the segment descriptor
623  * pointed by the segment selector. The segment selector is obtained from the
624  * input segment register index @seg_reg_idx.
625  *
626  * Returns:
627  *
628  * In protected mode, base address of the segment. Zero in long mode,
629  * except when FS or GS are used. In virtual-8086 mode, the segment
630  * selector shifted 4 bits to the right.
631  *
632  * -1L in case of error.
633  */
634 unsigned long insn_get_seg_base(struct pt_regs *regs, int seg_reg_idx)
635 {
636         struct desc_struct desc;
637         short sel;
638
639         sel = get_segment_selector(regs, seg_reg_idx);
640         if (sel < 0)
641                 return -1L;
642
643         if (v8086_mode(regs))
644                 /*
645                  * Base is simply the segment selector shifted 4
646                  * bits to the right.
647                  */
648                 return (unsigned long)(sel << 4);
649
650         if (user_64bit_mode(regs)) {
651                 /*
652                  * Only FS or GS will have a base address, the rest of
653                  * the segments' bases are forced to 0.
654                  */
655                 unsigned long base;
656
657                 if (seg_reg_idx == INAT_SEG_REG_FS)
658                         rdmsrl(MSR_FS_BASE, base);
659                 else if (seg_reg_idx == INAT_SEG_REG_GS)
660                         /*
661                          * swapgs was called at the kernel entry point. Thus,
662                          * MSR_KERNEL_GS_BASE will have the user-space GS base.
663                          */
664                         rdmsrl(MSR_KERNEL_GS_BASE, base);
665                 else
666                         base = 0;
667                 return base;
668         }
669
670         /* In protected mode the segment selector cannot be null. */
671         if (!sel)
672                 return -1L;
673
674         if (!get_desc(&desc, sel))
675                 return -1L;
676
677         return get_desc_base(&desc);
678 }
679
680 /**
681  * get_seg_limit() - Obtain the limit of a segment descriptor
682  * @regs:               Register values as seen when entering kernel mode
683  * @seg_reg_idx:        Index of the segment register pointing to seg descriptor
684  *
685  * Obtain the limit of the segment as indicated by the segment descriptor
686  * pointed by the segment selector. The segment selector is obtained from the
687  * input segment register index @seg_reg_idx.
688  *
689  * Returns:
690  *
691  * In protected mode, the limit of the segment descriptor in bytes.
692  * In long mode and virtual-8086 mode, segment limits are not enforced. Thus,
693  * limit is returned as -1L to imply a limit-less segment.
694  *
695  * Zero is returned on error.
696  */
697 static unsigned long get_seg_limit(struct pt_regs *regs, int seg_reg_idx)
698 {
699         struct desc_struct desc;
700         unsigned long limit;
701         short sel;
702
703         sel = get_segment_selector(regs, seg_reg_idx);
704         if (sel < 0)
705                 return 0;
706
707         if (user_64bit_mode(regs) || v8086_mode(regs))
708                 return -1L;
709
710         if (!sel)
711                 return 0;
712
713         if (!get_desc(&desc, sel))
714                 return 0;
715
716         /*
717          * If the granularity bit is set, the limit is given in multiples
718          * of 4096. This also means that the 12 least significant bits are
719          * not tested when checking the segment limits. In practice,
720          * this means that the segment ends in (limit << 12) + 0xfff.
721          */
722         limit = get_desc_limit(&desc);
723         if (desc.g)
724                 limit = (limit << 12) + 0xfff;
725
726         return limit;
727 }
728
729 /**
730  * insn_get_code_seg_params() - Obtain code segment parameters
731  * @regs:       Structure with register values as seen when entering kernel mode
732  *
733  * Obtain address and operand sizes of the code segment. It is obtained from the
734  * selector contained in the CS register in regs. In protected mode, the default
735  * address is determined by inspecting the L and D bits of the segment
736  * descriptor. In virtual-8086 mode, the default is always two bytes for both
737  * address and operand sizes.
738  *
739  * Returns:
740  *
741  * An int containing ORed-in default parameters on success.
742  *
743  * -EINVAL on error.
744  */
745 int insn_get_code_seg_params(struct pt_regs *regs)
746 {
747         struct desc_struct desc;
748         short sel;
749
750         if (v8086_mode(regs))
751                 /* Address and operand size are both 16-bit. */
752                 return INSN_CODE_SEG_PARAMS(2, 2);
753
754         sel = get_segment_selector(regs, INAT_SEG_REG_CS);
755         if (sel < 0)
756                 return sel;
757
758         if (!get_desc(&desc, sel))
759                 return -EINVAL;
760
761         /*
762          * The most significant byte of the Type field of the segment descriptor
763          * determines whether a segment contains data or code. If this is a data
764          * segment, return error.
765          */
766         if (!(desc.type & BIT(3)))
767                 return -EINVAL;
768
769         switch ((desc.l << 1) | desc.d) {
770         case 0: /*
771                  * Legacy mode. CS.L=0, CS.D=0. Address and operand size are
772                  * both 16-bit.
773                  */
774                 return INSN_CODE_SEG_PARAMS(2, 2);
775         case 1: /*
776                  * Legacy mode. CS.L=0, CS.D=1. Address and operand size are
777                  * both 32-bit.
778                  */
779                 return INSN_CODE_SEG_PARAMS(4, 4);
780         case 2: /*
781                  * IA-32e 64-bit mode. CS.L=1, CS.D=0. Address size is 64-bit;
782                  * operand size is 32-bit.
783                  */
784                 return INSN_CODE_SEG_PARAMS(4, 8);
785         case 3: /* Invalid setting. CS.L=1, CS.D=1 */
786                 /* fall through */
787         default:
788                 return -EINVAL;
789         }
790 }
791
792 /**
793  * insn_get_modrm_rm_off() - Obtain register in r/m part of the ModRM byte
794  * @insn:       Instruction containing the ModRM byte
795  * @regs:       Register values as seen when entering kernel mode
796  *
797  * Returns:
798  *
799  * The register indicated by the r/m part of the ModRM byte. The
800  * register is obtained as an offset from the base of pt_regs. In specific
801  * cases, the returned value can be -EDOM to indicate that the particular value
802  * of ModRM does not refer to a register and shall be ignored.
803  */
804 int insn_get_modrm_rm_off(struct insn *insn, struct pt_regs *regs)
805 {
806         return get_reg_offset(insn, regs, REG_TYPE_RM);
807 }
808
809 /**
810  * get_seg_base_limit() - obtain base address and limit of a segment
811  * @insn:       Instruction. Must be valid.
812  * @regs:       Register values as seen when entering kernel mode
813  * @regoff:     Operand offset, in pt_regs, used to resolve segment descriptor
814  * @base:       Obtained segment base
815  * @limit:      Obtained segment limit
816  *
817  * Obtain the base address and limit of the segment associated with the operand
818  * @regoff and, if any or allowed, override prefixes in @insn. This function is
819  * different from insn_get_seg_base() as the latter does not resolve the segment
820  * associated with the instruction operand. If a limit is not needed (e.g.,
821  * when running in long mode), @limit can be NULL.
822  *
823  * Returns:
824  *
825  * 0 on success. @base and @limit will contain the base address and of the
826  * resolved segment, respectively.
827  *
828  * -EINVAL on error.
829  */
830 static int get_seg_base_limit(struct insn *insn, struct pt_regs *regs,
831                               int regoff, unsigned long *base,
832                               unsigned long *limit)
833 {
834         int seg_reg_idx;
835
836         if (!base)
837                 return -EINVAL;
838
839         seg_reg_idx = resolve_seg_reg(insn, regs, regoff);
840         if (seg_reg_idx < 0)
841                 return seg_reg_idx;
842
843         *base = insn_get_seg_base(regs, seg_reg_idx);
844         if (*base == -1L)
845                 return -EINVAL;
846
847         if (!limit)
848                 return 0;
849
850         *limit = get_seg_limit(regs, seg_reg_idx);
851         if (!(*limit))
852                 return -EINVAL;
853
854         return 0;
855 }
856
857 /**
858  * get_eff_addr_reg() - Obtain effective address from register operand
859  * @insn:       Instruction. Must be valid.
860  * @regs:       Register values as seen when entering kernel mode
861  * @regoff:     Obtained operand offset, in pt_regs, with the effective address
862  * @eff_addr:   Obtained effective address
863  *
864  * Obtain the effective address stored in the register operand as indicated by
865  * the ModRM byte. This function is to be used only with register addressing
866  * (i.e.,  ModRM.mod is 3). The effective address is saved in @eff_addr. The
867  * register operand, as an offset from the base of pt_regs, is saved in @regoff;
868  * such offset can then be used to resolve the segment associated with the
869  * operand. This function can be used with any of the supported address sizes
870  * in x86.
871  *
872  * Returns:
873  *
874  * 0 on success. @eff_addr will have the effective address stored in the
875  * operand indicated by ModRM. @regoff will have such operand as an offset from
876  * the base of pt_regs.
877  *
878  * -EINVAL on error.
879  */
880 static int get_eff_addr_reg(struct insn *insn, struct pt_regs *regs,
881                             int *regoff, long *eff_addr)
882 {
883         insn_get_modrm(insn);
884
885         if (!insn->modrm.nbytes)
886                 return -EINVAL;
887
888         if (X86_MODRM_MOD(insn->modrm.value) != 3)
889                 return -EINVAL;
890
891         *regoff = get_reg_offset(insn, regs, REG_TYPE_RM);
892         if (*regoff < 0)
893                 return -EINVAL;
894
895         /* Ignore bytes that are outside the address size. */
896         if (insn->addr_bytes == 2)
897                 *eff_addr = regs_get_register(regs, *regoff) & 0xffff;
898         else if (insn->addr_bytes == 4)
899                 *eff_addr = regs_get_register(regs, *regoff) & 0xffffffff;
900         else /* 64-bit address */
901                 *eff_addr = regs_get_register(regs, *regoff);
902
903         return 0;
904 }
905
906 /**
907  * get_eff_addr_modrm() - Obtain referenced effective address via ModRM
908  * @insn:       Instruction. Must be valid.
909  * @regs:       Register values as seen when entering kernel mode
910  * @regoff:     Obtained operand offset, in pt_regs, associated with segment
911  * @eff_addr:   Obtained effective address
912  *
913  * Obtain the effective address referenced by the ModRM byte of @insn. After
914  * identifying the registers involved in the register-indirect memory reference,
915  * its value is obtained from the operands in @regs. The computed address is
916  * stored @eff_addr. Also, the register operand that indicates the associated
917  * segment is stored in @regoff, this parameter can later be used to determine
918  * such segment.
919  *
920  * Returns:
921  *
922  * 0 on success. @eff_addr will have the referenced effective address. @regoff
923  * will have a register, as an offset from the base of pt_regs, that can be used
924  * to resolve the associated segment.
925  *
926  * -EINVAL on error.
927  */
928 static int get_eff_addr_modrm(struct insn *insn, struct pt_regs *regs,
929                               int *regoff, long *eff_addr)
930 {
931         long tmp;
932
933         if (insn->addr_bytes != 8 && insn->addr_bytes != 4)
934                 return -EINVAL;
935
936         insn_get_modrm(insn);
937
938         if (!insn->modrm.nbytes)
939                 return -EINVAL;
940
941         if (X86_MODRM_MOD(insn->modrm.value) > 2)
942                 return -EINVAL;
943
944         *regoff = get_reg_offset(insn, regs, REG_TYPE_RM);
945
946         /*
947          * -EDOM means that we must ignore the address_offset. In such a case,
948          * in 64-bit mode the effective address relative to the rIP of the
949          * following instruction.
950          */
951         if (*regoff == -EDOM) {
952                 if (user_64bit_mode(regs))
953                         tmp = regs->ip + insn->length;
954                 else
955                         tmp = 0;
956         } else if (*regoff < 0) {
957                 return -EINVAL;
958         } else {
959                 tmp = regs_get_register(regs, *regoff);
960         }
961
962         if (insn->addr_bytes == 4) {
963                 int addr32 = (int)(tmp & 0xffffffff) + insn->displacement.value;
964
965                 *eff_addr = addr32 & 0xffffffff;
966         } else {
967                 *eff_addr = tmp + insn->displacement.value;
968         }
969
970         return 0;
971 }
972
973 /**
974  * get_eff_addr_modrm_16() - Obtain referenced effective address via ModRM
975  * @insn:       Instruction. Must be valid.
976  * @regs:       Register values as seen when entering kernel mode
977  * @regoff:     Obtained operand offset, in pt_regs, associated with segment
978  * @eff_addr:   Obtained effective address
979  *
980  * Obtain the 16-bit effective address referenced by the ModRM byte of @insn.
981  * After identifying the registers involved in the register-indirect memory
982  * reference, its value is obtained from the operands in @regs. The computed
983  * address is stored @eff_addr. Also, the register operand that indicates
984  * the associated segment is stored in @regoff, this parameter can later be used
985  * to determine such segment.
986  *
987  * Returns:
988  *
989  * 0 on success. @eff_addr will have the referenced effective address. @regoff
990  * will have a register, as an offset from the base of pt_regs, that can be used
991  * to resolve the associated segment.
992  *
993  * -EINVAL on error.
994  */
995 static int get_eff_addr_modrm_16(struct insn *insn, struct pt_regs *regs,
996                                  int *regoff, short *eff_addr)
997 {
998         int addr_offset1, addr_offset2, ret;
999         short addr1 = 0, addr2 = 0, displacement;
1000
1001         if (insn->addr_bytes != 2)
1002                 return -EINVAL;
1003
1004         insn_get_modrm(insn);
1005
1006         if (!insn->modrm.nbytes)
1007                 return -EINVAL;
1008
1009         if (X86_MODRM_MOD(insn->modrm.value) > 2)
1010                 return -EINVAL;
1011
1012         ret = get_reg_offset_16(insn, regs, &addr_offset1, &addr_offset2);
1013         if (ret < 0)
1014                 return -EINVAL;
1015
1016         /*
1017          * Don't fail on invalid offset values. They might be invalid because
1018          * they cannot be used for this particular value of ModRM. Instead, use
1019          * them in the computation only if they contain a valid value.
1020          */
1021         if (addr_offset1 != -EDOM)
1022                 addr1 = regs_get_register(regs, addr_offset1) & 0xffff;
1023
1024         if (addr_offset2 != -EDOM)
1025                 addr2 = regs_get_register(regs, addr_offset2) & 0xffff;
1026
1027         displacement = insn->displacement.value & 0xffff;
1028         *eff_addr = addr1 + addr2 + displacement;
1029
1030         /*
1031          * The first operand register could indicate to use of either SS or DS
1032          * registers to obtain the segment selector.  The second operand
1033          * register can only indicate the use of DS. Thus, the first operand
1034          * will be used to obtain the segment selector.
1035          */
1036         *regoff = addr_offset1;
1037
1038         return 0;
1039 }
1040
1041 /**
1042  * get_eff_addr_sib() - Obtain referenced effective address via SIB
1043  * @insn:       Instruction. Must be valid.
1044  * @regs:       Register values as seen when entering kernel mode
1045  * @regoff:     Obtained operand offset, in pt_regs, associated with segment
1046  * @eff_addr:   Obtained effective address
1047  *
1048  * Obtain the effective address referenced by the SIB byte of @insn. After
1049  * identifying the registers involved in the indexed, register-indirect memory
1050  * reference, its value is obtained from the operands in @regs. The computed
1051  * address is stored @eff_addr. Also, the register operand that indicates the
1052  * associated segment is stored in @regoff, this parameter can later be used to
1053  * determine such segment.
1054  *
1055  * Returns:
1056  *
1057  * 0 on success. @eff_addr will have the referenced effective address.
1058  * @base_offset will have a register, as an offset from the base of pt_regs,
1059  * that can be used to resolve the associated segment.
1060  *
1061  * -EINVAL on error.
1062  */
1063 static int get_eff_addr_sib(struct insn *insn, struct pt_regs *regs,
1064                             int *base_offset, long *eff_addr)
1065 {
1066         long base, indx;
1067         int indx_offset;
1068
1069         if (insn->addr_bytes != 8 && insn->addr_bytes != 4)
1070                 return -EINVAL;
1071
1072         insn_get_modrm(insn);
1073
1074         if (!insn->modrm.nbytes)
1075                 return -EINVAL;
1076
1077         if (X86_MODRM_MOD(insn->modrm.value) > 2)
1078                 return -EINVAL;
1079
1080         insn_get_sib(insn);
1081
1082         if (!insn->sib.nbytes)
1083                 return -EINVAL;
1084
1085         *base_offset = get_reg_offset(insn, regs, REG_TYPE_BASE);
1086         indx_offset = get_reg_offset(insn, regs, REG_TYPE_INDEX);
1087
1088         /*
1089          * Negative values in the base and index offset means an error when
1090          * decoding the SIB byte. Except -EDOM, which means that the registers
1091          * should not be used in the address computation.
1092          */
1093         if (*base_offset == -EDOM)
1094                 base = 0;
1095         else if (*base_offset < 0)
1096                 return -EINVAL;
1097         else
1098                 base = regs_get_register(regs, *base_offset);
1099
1100         if (indx_offset == -EDOM)
1101                 indx = 0;
1102         else if (indx_offset < 0)
1103                 return -EINVAL;
1104         else
1105                 indx = regs_get_register(regs, indx_offset);
1106
1107         if (insn->addr_bytes == 4) {
1108                 int addr32, base32, idx32;
1109
1110                 base32 = base & 0xffffffff;
1111                 idx32 = indx & 0xffffffff;
1112
1113                 addr32 = base32 + idx32 * (1 << X86_SIB_SCALE(insn->sib.value));
1114                 addr32 += insn->displacement.value;
1115
1116                 *eff_addr = addr32 & 0xffffffff;
1117         } else {
1118                 *eff_addr = base + indx * (1 << X86_SIB_SCALE(insn->sib.value));
1119                 *eff_addr += insn->displacement.value;
1120         }
1121
1122         return 0;
1123 }
1124
1125 /**
1126  * get_addr_ref_16() - Obtain the 16-bit address referred by instruction
1127  * @insn:       Instruction containing ModRM byte and displacement
1128  * @regs:       Register values as seen when entering kernel mode
1129  *
1130  * This function is to be used with 16-bit address encodings. Obtain the memory
1131  * address referred by the instruction's ModRM and displacement bytes. Also, the
1132  * segment used as base is determined by either any segment override prefixes in
1133  * @insn or the default segment of the registers involved in the address
1134  * computation. In protected mode, segment limits are enforced.
1135  *
1136  * Returns:
1137  *
1138  * Linear address referenced by the instruction operands on success.
1139  *
1140  * -1L on error.
1141  */
1142 static void __user *get_addr_ref_16(struct insn *insn, struct pt_regs *regs)
1143 {
1144         unsigned long linear_addr = -1L, seg_base, seg_limit;
1145         int ret, regoff;
1146         short eff_addr;
1147         long tmp;
1148
1149         insn_get_modrm(insn);
1150         insn_get_displacement(insn);
1151
1152         if (insn->addr_bytes != 2)
1153                 goto out;
1154
1155         if (X86_MODRM_MOD(insn->modrm.value) == 3) {
1156                 ret = get_eff_addr_reg(insn, regs, &regoff, &tmp);
1157                 if (ret)
1158                         goto out;
1159
1160                 eff_addr = tmp;
1161         } else {
1162                 ret = get_eff_addr_modrm_16(insn, regs, &regoff, &eff_addr);
1163                 if (ret)
1164                         goto out;
1165         }
1166
1167         ret = get_seg_base_limit(insn, regs, regoff, &seg_base, &seg_limit);
1168         if (ret)
1169                 goto out;
1170
1171         /*
1172          * Before computing the linear address, make sure the effective address
1173          * is within the limits of the segment. In virtual-8086 mode, segment
1174          * limits are not enforced. In such a case, the segment limit is -1L to
1175          * reflect this fact.
1176          */
1177         if ((unsigned long)(eff_addr & 0xffff) > seg_limit)
1178                 goto out;
1179
1180         linear_addr = (unsigned long)(eff_addr & 0xffff) + seg_base;
1181
1182         /* Limit linear address to 20 bits */
1183         if (v8086_mode(regs))
1184                 linear_addr &= 0xfffff;
1185
1186 out:
1187         return (void __user *)linear_addr;
1188 }
1189
1190 /**
1191  * get_addr_ref_32() - Obtain a 32-bit linear address
1192  * @insn:       Instruction with ModRM, SIB bytes and displacement
1193  * @regs:       Register values as seen when entering kernel mode
1194  *
1195  * This function is to be used with 32-bit address encodings to obtain the
1196  * linear memory address referred by the instruction's ModRM, SIB,
1197  * displacement bytes and segment base address, as applicable. If in protected
1198  * mode, segment limits are enforced.
1199  *
1200  * Returns:
1201  *
1202  * Linear address referenced by instruction and registers on success.
1203  *
1204  * -1L on error.
1205  */
1206 static void __user *get_addr_ref_32(struct insn *insn, struct pt_regs *regs)
1207 {
1208         unsigned long linear_addr = -1L, seg_base, seg_limit;
1209         int eff_addr, regoff;
1210         long tmp;
1211         int ret;
1212
1213         if (insn->addr_bytes != 4)
1214                 goto out;
1215
1216         if (X86_MODRM_MOD(insn->modrm.value) == 3) {
1217                 ret = get_eff_addr_reg(insn, regs, &regoff, &tmp);
1218                 if (ret)
1219                         goto out;
1220
1221                 eff_addr = tmp;
1222
1223         } else {
1224                 if (insn->sib.nbytes) {
1225                         ret = get_eff_addr_sib(insn, regs, &regoff, &tmp);
1226                         if (ret)
1227                                 goto out;
1228
1229                         eff_addr = tmp;
1230                 } else {
1231                         ret = get_eff_addr_modrm(insn, regs, &regoff, &tmp);
1232                         if (ret)
1233                                 goto out;
1234
1235                         eff_addr = tmp;
1236                 }
1237         }
1238
1239         ret = get_seg_base_limit(insn, regs, regoff, &seg_base, &seg_limit);
1240         if (ret)
1241                 goto out;
1242
1243         /*
1244          * In protected mode, before computing the linear address, make sure
1245          * the effective address is within the limits of the segment.
1246          * 32-bit addresses can be used in long and virtual-8086 modes if an
1247          * address override prefix is used. In such cases, segment limits are
1248          * not enforced. When in virtual-8086 mode, the segment limit is -1L
1249          * to reflect this situation.
1250          *
1251          * After computed, the effective address is treated as an unsigned
1252          * quantity.
1253          */
1254         if (!user_64bit_mode(regs) && ((unsigned int)eff_addr > seg_limit))
1255                 goto out;
1256
1257         /*
1258          * Even though 32-bit address encodings are allowed in virtual-8086
1259          * mode, the address range is still limited to [0x-0xffff].
1260          */
1261         if (v8086_mode(regs) && (eff_addr & ~0xffff))
1262                 goto out;
1263
1264         /*
1265          * Data type long could be 64 bits in size. Ensure that our 32-bit
1266          * effective address is not sign-extended when computing the linear
1267          * address.
1268          */
1269         linear_addr = (unsigned long)(eff_addr & 0xffffffff) + seg_base;
1270
1271         /* Limit linear address to 20 bits */
1272         if (v8086_mode(regs))
1273                 linear_addr &= 0xfffff;
1274
1275 out:
1276         return (void __user *)linear_addr;
1277 }
1278
1279 /**
1280  * get_addr_ref_64() - Obtain a 64-bit linear address
1281  * @insn:       Instruction struct with ModRM and SIB bytes and displacement
1282  * @regs:       Structure with register values as seen when entering kernel mode
1283  *
1284  * This function is to be used with 64-bit address encodings to obtain the
1285  * linear memory address referred by the instruction's ModRM, SIB,
1286  * displacement bytes and segment base address, as applicable.
1287  *
1288  * Returns:
1289  *
1290  * Linear address referenced by instruction and registers on success.
1291  *
1292  * -1L on error.
1293  */
1294 #ifndef CONFIG_X86_64
1295 static void __user *get_addr_ref_64(struct insn *insn, struct pt_regs *regs)
1296 {
1297         return (void __user *)-1L;
1298 }
1299 #else
1300 static void __user *get_addr_ref_64(struct insn *insn, struct pt_regs *regs)
1301 {
1302         unsigned long linear_addr = -1L, seg_base;
1303         int regoff, ret;
1304         long eff_addr;
1305
1306         if (insn->addr_bytes != 8)
1307                 goto out;
1308
1309         if (X86_MODRM_MOD(insn->modrm.value) == 3) {
1310                 ret = get_eff_addr_reg(insn, regs, &regoff, &eff_addr);
1311                 if (ret)
1312                         goto out;
1313
1314         } else {
1315                 if (insn->sib.nbytes) {
1316                         ret = get_eff_addr_sib(insn, regs, &regoff, &eff_addr);
1317                         if (ret)
1318                                 goto out;
1319                 } else {
1320                         ret = get_eff_addr_modrm(insn, regs, &regoff, &eff_addr);
1321                         if (ret)
1322                                 goto out;
1323                 }
1324
1325         }
1326
1327         ret = get_seg_base_limit(insn, regs, regoff, &seg_base, NULL);
1328         if (ret)
1329                 goto out;
1330
1331         linear_addr = (unsigned long)eff_addr + seg_base;
1332
1333 out:
1334         return (void __user *)linear_addr;
1335 }
1336 #endif /* CONFIG_X86_64 */
1337
1338 /**
1339  * insn_get_addr_ref() - Obtain the linear address referred by instruction
1340  * @insn:       Instruction structure containing ModRM byte and displacement
1341  * @regs:       Structure with register values as seen when entering kernel mode
1342  *
1343  * Obtain the linear address referred by the instruction's ModRM, SIB and
1344  * displacement bytes, and segment base, as applicable. In protected mode,
1345  * segment limits are enforced.
1346  *
1347  * Returns:
1348  *
1349  * Linear address referenced by instruction and registers on success.
1350  *
1351  * -1L on error.
1352  */
1353 void __user *insn_get_addr_ref(struct insn *insn, struct pt_regs *regs)
1354 {
1355         if (!insn || !regs)
1356                 return (void __user *)-1L;
1357
1358         switch (insn->addr_bytes) {
1359         case 2:
1360                 return get_addr_ref_16(insn, regs);
1361         case 4:
1362                 return get_addr_ref_32(insn, regs);
1363         case 8:
1364                 return get_addr_ref_64(insn, regs);
1365         default:
1366                 return (void __user *)-1L;
1367         }
1368 }