arch/mips/kernel/kprobes.c

   1 /*
   2  *  Kernel Probes (KProbes)
   3  *  arch/mips/kernel/kprobes.c
   4  *
   5  *  Copyright 2006 Sony Corp.
   6  *  Copyright 2010 Cavium Networks
   7  *
   8  *  Some portions copied from the powerpc version.
   9  *
  10  *   Copyright (C) IBM Corporation, 2002, 2004
  11  *
  12  *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  13  *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
  14  *  the Free Software Foundation; version 2 of the License.
  15  *
  16  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  17  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  19  *  GNU General Public License for more details.
  20  *
  21  *  You should have received a copy of the GNU General Public License
  22  *  along with this program; if not, write to the Free Software
  23  *  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  24  */
  25
  26 #include <linux/kprobes.h>
  27 #include <linux/preempt.h>
  28 #include <linux/uaccess.h>
  29 #include <linux/kdebug.h>
  30 #include <linux/slab.h>
  31
  32 #include <asm/ptrace.h>
  33 #include <asm/branch.h>
  34 #include <asm/break.h>
  35
  36 #include "probes-common.h"
  37
  38 static const union mips_instruction breakpoint_insn = {
  39         .b_format = {
  40                 .opcode = spec_op,
  41                 .code = BRK_KPROBE_BP,
  42                 .func = break_op
  43         }
  44 };
  45
  46 static const union mips_instruction breakpoint2_insn = {
  47         .b_format = {
  48                 .opcode = spec_op,
  49                 .code = BRK_KPROBE_SSTEPBP,
  50                 .func = break_op
  51         }
  52 };
  53
  54 DEFINE_PER_CPU(struct kprobe *, current_kprobe);
  55 DEFINE_PER_CPU(struct kprobe_ctlblk, kprobe_ctlblk);
  56
  57 static int __kprobes insn_has_delayslot(union mips_instruction insn)
  58 {
  59         return __insn_has_delay_slot(insn);
  60 }
  61
  62 /*
  63  * insn_has_ll_or_sc function checks whether instruction is ll or sc
  64  * one; putting breakpoint on top of atomic ll/sc pair is bad idea;
  65  * so we need to prevent it and refuse kprobes insertion for such
  66  * instructions; cannot do much about breakpoint in the middle of
  67  * ll/sc pair; it is upto user to avoid those places
  68  */
  69 static int __kprobes insn_has_ll_or_sc(union mips_instruction insn)
  70 {
  71         int ret = 0;
  72
  73         switch (insn.i_format.opcode) {
  74         case ll_op:
  75         case lld_op:
  76         case sc_op:
  77         case scd_op:
  78                 ret = 1;
  79                 break;
  80         default:
  81                 break;
  82         }
  83         return ret;
  84 }
  85
  86 int __kprobes arch_prepare_kprobe(struct kprobe *p)
  87 {
  88         union mips_instruction insn;
  89         union mips_instruction prev_insn;
  90         int ret = 0;
  91
  92         insn = p->addr[0];
  93
  94         if (insn_has_ll_or_sc(insn)) {
  95                 pr_notice("Kprobes for ll and sc instructions are not"
  96                           "supported\n");
  97                 ret = -EINVAL;
  98                 goto out;
  99         }
 100
 101         if ((probe_kernel_read(&prev_insn, p->addr - 1,
 102                                 sizeof(mips_instruction)) == 0) &&
 103                                 insn_has_delayslot(prev_insn)) {
 104                 pr_notice("Kprobes for branch delayslot are not supported\n");
 105                 ret = -EINVAL;
 106                 goto out;
 107         }
 108
 109         if (__insn_is_compact_branch(insn)) {
 110                 pr_notice("Kprobes for compact branches are not supported\n");
 111                 ret = -EINVAL;
 112                 goto out;
 113         }
 114
 115         /* insn: must be on special executable page on mips. */
 116         p->ainsn.insn = get_insn_slot();
 117         if (!p->ainsn.insn) {
 118                 ret = -ENOMEM;
 119                 goto out;
 120         }
 121
 122         /*
 123          * In the kprobe->ainsn.insn[] array we store the original
 124          * instruction at index zero and a break trap instruction at
 125          * index one.
 126          *
 127          * On MIPS arch if the instruction at probed address is a
 128          * branch instruction, we need to execute the instruction at
 129          * Branch Delayslot (BD) at the time of probe hit. As MIPS also
 130          * doesn't have single stepping support, the BD instruction can
 131          * not be executed in-line and it would be executed on SSOL slot
 132          * using a normal breakpoint instruction in the next slot.
 133          * So, read the instruction and save it for later execution.
 134          */
 135         if (insn_has_delayslot(insn))
 136                 memcpy(&p->ainsn.insn[0], p->addr + 1, sizeof(kprobe_opcode_t));
 137         else
 138                 memcpy(&p->ainsn.insn[0], p->addr, sizeof(kprobe_opcode_t));
 139
 140         p->ainsn.insn[1] = breakpoint2_insn;
 141         p->opcode = *p->addr;
 142
 143 out:
 144         return ret;
 145 }
 146
 147 void __kprobes arch_arm_kprobe(struct kprobe *p)
 148 {
 149         *p->addr = breakpoint_insn;
 150         flush_insn_slot(p);
 151 }
 152
 153 void __kprobes arch_disarm_kprobe(struct kprobe *p)
 154 {
 155         *p->addr = p->opcode;
 156         flush_insn_slot(p);
 157 }
 158
 159 void __kprobes arch_remove_kprobe(struct kprobe *p)
 160 {
 161         if (p->ainsn.insn) {
 162                 free_insn_slot(p->ainsn.insn, 0);
 163                 p->ainsn.insn = NULL;
 164         }
 165 }
 166
 167 static void save_previous_kprobe(struct kprobe_ctlblk *kcb)
 168 {
 169         kcb->prev_kprobe.kp = kprobe_running();
 170         kcb->prev_kprobe.status = kcb->kprobe_status;
 171         kcb->prev_kprobe.old_SR = kcb->kprobe_old_SR;
 172         kcb->prev_kprobe.saved_SR = kcb->kprobe_saved_SR;
 173         kcb->prev_kprobe.saved_epc = kcb->kprobe_saved_epc;
 174 }
 175
 176 static void restore_previous_kprobe(struct kprobe_ctlblk *kcb)
 177 {
 178         __this_cpu_write(current_kprobe, kcb->prev_kprobe.kp);
 179         kcb->kprobe_status = kcb->prev_kprobe.status;
 180         kcb->kprobe_old_SR = kcb->prev_kprobe.old_SR;
 181         kcb->kprobe_saved_SR = kcb->prev_kprobe.saved_SR;
 182         kcb->kprobe_saved_epc = kcb->prev_kprobe.saved_epc;
 183 }
 184
 185 static void set_current_kprobe(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs,
 186                                struct kprobe_ctlblk *kcb)
 187 {
 188         __this_cpu_write(current_kprobe, p);
 189         kcb->kprobe_saved_SR = kcb->kprobe_old_SR = (regs->cp0_status & ST0_IE);
 190         kcb->kprobe_saved_epc = regs->cp0_epc;
 191 }
 192
 193 /**
 194  * evaluate_branch_instrucion -
 195  *
 196  * Evaluate the branch instruction at probed address during probe hit. The
 197  * result of evaluation would be the updated epc. The insturction in delayslot
 198  * would actually be single stepped using a normal breakpoint) on SSOL slot.
 199  *
 200  * The result is also saved in the kprobe control block for later use,
 201  * in case we need to execute the delayslot instruction. The latter will be
 202  * false for NOP instruction in dealyslot and the branch-likely instructions
 203  * when the branch is taken. And for those cases we set a flag as
 204  * SKIP_DELAYSLOT in the kprobe control block
 205  */
 206 static int evaluate_branch_instruction(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs,
 207                                         struct kprobe_ctlblk *kcb)
 208 {
 209         union mips_instruction insn = p->opcode;
 210         long epc;
 211         int ret = 0;
 212
 213         epc = regs->cp0_epc;
 214         if (epc & 3)
 215                 goto unaligned;
 216
 217         if (p->ainsn.insn->word == 0)
 218                 kcb->flags |= SKIP_DELAYSLOT;
 219         else
 220                 kcb->flags &= ~SKIP_DELAYSLOT;
 221
 222         ret = __compute_return_epc_for_insn(regs, insn);
 223         if (ret < 0)
 224                 return ret;
 225
 226         if (ret == BRANCH_LIKELY_TAKEN)
 227                 kcb->flags |= SKIP_DELAYSLOT;
 228
 229         kcb->target_epc = regs->cp0_epc;
 230
 231         return 0;
 232
 233 unaligned:
 234         pr_notice("%s: unaligned epc - sending SIGBUS.\n", current->comm);
 235         force_sig(SIGBUS, current);
 236         return -EFAULT;
 237
 238 }
 239
 240 static void prepare_singlestep(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs,
 241                                                 struct kprobe_ctlblk *kcb)
 242 {
 243         int ret = 0;
 244
 245         regs->cp0_status &= ~ST0_IE;
 246
 247         /* single step inline if the instruction is a break */
 248         if (p->opcode.word == breakpoint_insn.word ||
 249             p->opcode.word == breakpoint2_insn.word)
 250                 regs->cp0_epc = (unsigned long)p->addr;
 251         else if (insn_has_delayslot(p->opcode)) {
 252                 ret = evaluate_branch_instruction(p, regs, kcb);
 253                 if (ret < 0) {
 254                         pr_notice("Kprobes: Error in evaluating branch\n");
 255                         return;
 256                 }
 257         }
 258         regs->cp0_epc = (unsigned long)&p->ainsn.insn[0];
 259 }
 260
 261 /*
 262  * Called after single-stepping.  p->addr is the address of the
 263  * instruction whose first byte has been replaced by the "break 0"
 264  * instruction.  To avoid the SMP problems that can occur when we
 265  * temporarily put back the original opcode to single-step, we
 266  * single-stepped a copy of the instruction.  The address of this
 267  * copy is p->ainsn.insn.
 268  *
 269  * This function prepares to return from the post-single-step
 270  * breakpoint trap. In case of branch instructions, the target
 271  * epc to be restored.
 272  */
 273 static void __kprobes resume_execution(struct kprobe *p,
 274                                        struct pt_regs *regs,
 275                                        struct kprobe_ctlblk *kcb)
 276 {
 277         if (insn_has_delayslot(p->opcode))
 278                 regs->cp0_epc = kcb->target_epc;
 279         else {
 280                 unsigned long orig_epc = kcb->kprobe_saved_epc;
 281                 regs->cp0_epc = orig_epc + 4;
 282         }
 283 }
 284
 285 static int __kprobes kprobe_handler(struct pt_regs *regs)
 286 {
 287         struct kprobe *p;
 288         int ret = 0;
 289         kprobe_opcode_t *addr;
 290         struct kprobe_ctlblk *kcb;
 291
 292         addr = (kprobe_opcode_t *) regs->cp0_epc;
 293
 294         /*
 295          * We don't want to be preempted for the entire
 296          * duration of kprobe processing
 297          */
 298         preempt_disable();
 299         kcb = get_kprobe_ctlblk();
 300
 301         /* Check we're not actually recursing */
 302         if (kprobe_running()) {
 303                 p = get_kprobe(addr);
 304                 if (p) {
 305                         if (kcb->kprobe_status == KPROBE_HIT_SS &&
 306                             p->ainsn.insn->word == breakpoint_insn.word) {
 307                                 regs->cp0_status &= ~ST0_IE;
 308                                 regs->cp0_status |= kcb->kprobe_saved_SR;
 309                                 goto no_kprobe;
 310                         }
 311                         /*
 312                          * We have reentered the kprobe_handler(), since
 313                          * another probe was hit while within the handler.
 314                          * We here save the original kprobes variables and
 315                          * just single step on the instruction of the new probe
 316                          * without calling any user handlers.
 317                          */
 318                         save_previous_kprobe(kcb);
 319                         set_current_kprobe(p, regs, kcb);
 320                         kprobes_inc_nmissed_count(p);
 321                         prepare_singlestep(p, regs, kcb);
 322                         kcb->kprobe_status = KPROBE_REENTER;
 323                         if (kcb->flags & SKIP_DELAYSLOT) {
 324                                 resume_execution(p, regs, kcb);
 325                                 restore_previous_kprobe(kcb);
 326                                 preempt_enable_no_resched();
 327                         }
 328                         return 1;
 329                 } else {
 330                         if (addr->word != breakpoint_insn.word) {
 331                                 /*
 332                                  * The breakpoint instruction was removed by
 333                                  * another cpu right after we hit, no further
 334                                  * handling of this interrupt is appropriate
 335                                  */
 336                                 ret = 1;
 337                                 goto no_kprobe;
 338                         }
 339                         p = __this_cpu_read(current_kprobe);
 340                         if (p->break_handler && p->break_handler(p, regs))
 341                                 goto ss_probe;
 342                 }
 343                 goto no_kprobe;
 344         }
 345
 346         p = get_kprobe(addr);
 347         if (!p) {
 348                 if (addr->word != breakpoint_insn.word) {
 349                         /*
 350                          * The breakpoint instruction was removed right
 351                          * after we hit it.  Another cpu has removed
 352                          * either a probepoint or a debugger breakpoint
 353                          * at this address.  In either case, no further
 354                          * handling of this interrupt is appropriate.
 355                          */
 356                         ret = 1;
 357                 }
 358                 /* Not one of ours: let kernel handle it */
 359                 goto no_kprobe;
 360         }
 361
 362         set_current_kprobe(p, regs, kcb);
 363         kcb->kprobe_status = KPROBE_HIT_ACTIVE;
 364
 365         if (p->pre_handler && p->pre_handler(p, regs)) {
 366                 /* handler has already set things up, so skip ss setup */
 367                 return 1;
 368         }
 369
 370 ss_probe:
 371         prepare_singlestep(p, regs, kcb);
 372         if (kcb->flags & SKIP_DELAYSLOT) {
 373                 kcb->kprobe_status = KPROBE_HIT_SSDONE;
 374                 if (p->post_handler)
 375                         p->post_handler(p, regs, 0);
 376                 resume_execution(p, regs, kcb);
 377                 preempt_enable_no_resched();
 378         } else
 379                 kcb->kprobe_status = KPROBE_HIT_SS;
 380
 381         return 1;
 382
 383 no_kprobe:
 384         preempt_enable_no_resched();
 385         return ret;
 386
 387 }
 388
 389 static inline int post_kprobe_handler(struct pt_regs *regs)
 390 {
 391         struct kprobe *cur = kprobe_running();
 392         struct kprobe_ctlblk *kcb = get_kprobe_ctlblk();
 393
 394         if (!cur)
 395                 return 0;
 396
 397         if ((kcb->kprobe_status != KPROBE_REENTER) && cur->post_handler) {
 398                 kcb->kprobe_status = KPROBE_HIT_SSDONE;
 399                 cur->post_handler(cur, regs, 0);
 400         }
 401
 402         resume_execution(cur, regs, kcb);
 403
 404         regs->cp0_status |= kcb->kprobe_saved_SR;
 405
 406         /* Restore back the original saved kprobes variables and continue. */
 407         if (kcb->kprobe_status == KPROBE_REENTER) {
 408                 restore_previous_kprobe(kcb);
 409                 goto out;
 410         }
 411         reset_current_kprobe();
 412 out:
 413         preempt_enable_no_resched();
 414
 415         return 1;
 416 }
 417
 418 static inline int kprobe_fault_handler(struct pt_regs *regs, int trapnr)
 419 {
 420         struct kprobe *cur = kprobe_running();
 421         struct kprobe_ctlblk *kcb = get_kprobe_ctlblk();
 422
 423         if (cur->fault_handler && cur->fault_handler(cur, regs, trapnr))
 424                 return 1;
 425
 426         if (kcb->kprobe_status & KPROBE_HIT_SS) {
 427                 resume_execution(cur, regs, kcb);
 428                 regs->cp0_status |= kcb->kprobe_old_SR;
 429
 430                 reset_current_kprobe();
 431                 preempt_enable_no_resched();
 432         }
 433         return 0;
 434 }
 435
 436 /*
 437  * Wrapper routine for handling exceptions.
 438  */
 439 int __kprobes kprobe_exceptions_notify(struct notifier_block *self,
 440                                        unsigned long val, void *data)
 441 {
 442
 443         struct die_args *args = (struct die_args *)data;
 444         int ret = NOTIFY_DONE;
 445
 446         switch (val) {
 447         case DIE_BREAK:
 448                 if (kprobe_handler(args->regs))
 449                         ret = NOTIFY_STOP;
 450                 break;
 451         case DIE_SSTEPBP:
 452                 if (post_kprobe_handler(args->regs))
 453                         ret = NOTIFY_STOP;
 454                 break;
 455
 456         case DIE_PAGE_FAULT:
 457                 /* kprobe_running() needs smp_processor_id() */
 458                 preempt_disable();
 459
 460                 if (kprobe_running()
 461                     && kprobe_fault_handler(args->regs, args->trapnr))
 462                         ret = NOTIFY_STOP;
 463                 preempt_enable();
 464                 break;
 465         default:
 466                 break;
 467         }
 468         return ret;
 469 }
 470
 471 int __kprobes setjmp_pre_handler(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs)
 472 {
 473         struct jprobe *jp = container_of(p, struct jprobe, kp);
 474         struct kprobe_ctlblk *kcb = get_kprobe_ctlblk();
 475
 476         kcb->jprobe_saved_regs = *regs;
 477         kcb->jprobe_saved_sp = regs->regs[29];
 478
 479         memcpy(kcb->jprobes_stack, (void *)kcb->jprobe_saved_sp,
 480                MIN_JPROBES_STACK_SIZE(kcb->jprobe_saved_sp));
 481
 482         regs->cp0_epc = (unsigned long)(jp->entry);
 483
 484         return 1;
 485 }
 486
 487 /* Defined in the inline asm below. */
 488 void jprobe_return_end(void);
 489
 490 void __kprobes jprobe_return(void)
 491 {
 492         /* Assembler quirk necessitates this '0,code' business.  */
 493         asm volatile(
 494                 "break 0,%0\n\t"
 495                 ".globl jprobe_return_end\n"
 496                 "jprobe_return_end:\n"
 497                 : : "n" (BRK_KPROBE_BP) : "memory");
 498 }
 499
 500 int __kprobes longjmp_break_handler(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs)
 501 {
 502         struct kprobe_ctlblk *kcb = get_kprobe_ctlblk();
 503
 504         if (regs->cp0_epc >= (unsigned long)jprobe_return &&
 505             regs->cp0_epc <= (unsigned long)jprobe_return_end) {
 506                 *regs = kcb->jprobe_saved_regs;
 507                 memcpy((void *)kcb->jprobe_saved_sp, kcb->jprobes_stack,
 508                        MIN_JPROBES_STACK_SIZE(kcb->jprobe_saved_sp));
 509                 preempt_enable_no_resched();
 510
 511                 return 1;
 512         }
 513         return 0;
 514 }
 515
 516 /*
 517  * Function return probe trampoline:
 518  *      - init_kprobes() establishes a probepoint here
 519  *      - When the probed function returns, this probe causes the
 520  *        handlers to fire
 521  */
 522 static void __used kretprobe_trampoline_holder(void)
 523 {
 524         asm volatile(
 525                 ".set push\n\t"
 526                 /* Keep the assembler from reordering and placing JR here. */
 527                 ".set noreorder\n\t"
 528                 "nop\n\t"
 529                 ".global kretprobe_trampoline\n"
 530                 "kretprobe_trampoline:\n\t"
 531                 "nop\n\t"
 532                 ".set pop"
 533                 : : : "memory");
 534 }
 535
 536 void kretprobe_trampoline(void);
 537
 538 void __kprobes arch_prepare_kretprobe(struct kretprobe_instance *ri,
 539                                       struct pt_regs *regs)
 540 {
 541         ri->ret_addr = (kprobe_opcode_t *) regs->regs[31];
 542
 543         /* Replace the return addr with trampoline addr */
 544         regs->regs[31] = (unsigned long)kretprobe_trampoline;
 545 }
 546
 547 /*
 548  * Called when the probe at kretprobe trampoline is hit
 549  */
 550 static int __kprobes trampoline_probe_handler(struct kprobe *p,
 551                                                 struct pt_regs *regs)
 552 {
 553         struct kretprobe_instance *ri = NULL;
 554         struct hlist_head *head, empty_rp;
 555         struct hlist_node *tmp;
 556         unsigned long flags, orig_ret_address = 0;
 557         unsigned long trampoline_address = (unsigned long)kretprobe_trampoline;
 558
 559         INIT_HLIST_HEAD(&empty_rp);
 560         kretprobe_hash_lock(current, &head, &flags);
 561
 562         /*
 563          * It is possible to have multiple instances associated with a given
 564          * task either because an multiple functions in the call path
 565          * have a return probe installed on them, and/or more than one return
 566          * return probe was registered for a target function.
 567          *
 568          * We can handle this because:
 569          *     - instances are always inserted at the head of the list
 570          *     - when multiple return probes are registered for the same
 571          *       function, the first instance's ret_addr will point to the
 572          *       real return address, and all the rest will point to
 573          *       kretprobe_trampoline
 574          */
 575         hlist_for_each_entry_safe(ri, tmp, head, hlist) {
 576                 if (ri->task != current)
 577                         /* another task is sharing our hash bucket */
 578                         continue;
 579
 580                 if (ri->rp && ri->rp->handler)
 581                         ri->rp->handler(ri, regs);
 582
 583                 orig_ret_address = (unsigned long)ri->ret_addr;
 584                 recycle_rp_inst(ri, &empty_rp);
 585
 586                 if (orig_ret_address != trampoline_address)
 587                         /*
 588                          * This is the real return address. Any other
 589                          * instances associated with this task are for
 590                          * other calls deeper on the call stack
 591                          */
 592                         break;
 593         }
 594
 595         kretprobe_assert(ri, orig_ret_address, trampoline_address);
 596         instruction_pointer(regs) = orig_ret_address;
 597
 598         reset_current_kprobe();
 599         kretprobe_hash_unlock(current, &flags);
 600         preempt_enable_no_resched();
 601
 602         hlist_for_each_entry_safe(ri, tmp, &empty_rp, hlist) {
 603                 hlist_del(&ri->hlist);
 604                 kfree(ri);
 605         }
 606         /*
 607          * By returning a non-zero value, we are telling
 608          * kprobe_handler() that we don't want the post_handler
 609          * to run (and have re-enabled preemption)
 610          */
 611         return 1;
 612 }
 613
 614 int __kprobes arch_trampoline_kprobe(struct kprobe *p)
 615 {
 616         if (p->addr == (kprobe_opcode_t *)kretprobe_trampoline)
 617                 return 1;
 618
 619         return 0;
 620 }
 621
 622 static struct kprobe trampoline_p = {
 623         .addr = (kprobe_opcode_t *)kretprobe_trampoline,
 624         .pre_handler = trampoline_probe_handler
 625 };
 626
 627 int __init arch_init_kprobes(void)
 628 {
 629         return register_kprobe(&trampoline_p);
 630 }