arch/i386/kernel/kprobes.c

   1 /*
   2  *  Kernel Probes (KProbes)
   3  *  arch/i386/kernel/kprobes.c
   4  *
   5  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   6  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
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   9  *
  10  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  11  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  13  * GNU General Public License for more details.
  14  *
  15  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  16  * along with this program; if not, write to the Free Software
  17  * Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307, USA.
  18  *
  19  * Copyright (C) IBM Corporation, 2002, 2004
  20  *
  21  * 2002-Oct     Created by Vamsi Krishna S <vamsi_krishna@in.ibm.com> Kernel
  22  *              Probes initial implementation ( includes contributions from
  23  *              Rusty Russell).
  24  * 2004-July    Suparna Bhattacharya <suparna@in.ibm.com> added jumper probes
  25  *              interface to access function arguments.
  26  * 2005-May     Hien Nguyen <hien@us.ibm.com>, Jim Keniston
  27  *              <jkenisto@us.ibm.com> and Prasanna S Panchamukhi
  28  *              <prasanna@in.ibm.com> added function-return probes.
  29  */
  30
  31 #include <linux/config.h>
  32 #include <linux/kprobes.h>
  33 #include <linux/ptrace.h>
  34 #include <linux/spinlock.h>
  35 #include <linux/preempt.h>
  36 #include <asm/cacheflush.h>
  37 #include <asm/kdebug.h>
  38 #include <asm/desc.h>
  39
  40 static struct kprobe *current_kprobe;
  41 static unsigned long kprobe_status, kprobe_old_eflags, kprobe_saved_eflags;
  42 static struct kprobe *kprobe_prev;
  43 static unsigned long kprobe_status_prev, kprobe_old_eflags_prev, kprobe_saved_eflags_prev;
  44 static struct pt_regs jprobe_saved_regs;
  45 static long *jprobe_saved_esp;
  46 /* copy of the kernel stack at the probe fire time */
  47 static kprobe_opcode_t jprobes_stack[MAX_STACK_SIZE];
  48 void jprobe_return_end(void);
  49
  50 /*
  51  * returns non-zero if opcode modifies the interrupt flag.
  52  */
  53 static inline int is_IF_modifier(kprobe_opcode_t opcode)
  54 {
  55         switch (opcode) {
  56         case 0xfa:              /* cli */
  57         case 0xfb:              /* sti */
  58         case 0xcf:              /* iret/iretd */
  59         case 0x9d:              /* popf/popfd */
  60                 return 1;
  61         }
  62         return 0;
  63 }
  64
  65 int __kprobes arch_prepare_kprobe(struct kprobe *p)
  66 {
  67         return 0;
  68 }
  69
  70 void __kprobes arch_copy_kprobe(struct kprobe *p)
  71 {
  72         memcpy(p->ainsn.insn, p->addr, MAX_INSN_SIZE * sizeof(kprobe_opcode_t));
  73         p->opcode = *p->addr;
  74 }
  75
  76 void __kprobes arch_arm_kprobe(struct kprobe *p)
  77 {
  78         *p->addr = BREAKPOINT_INSTRUCTION;
  79         flush_icache_range((unsigned long) p->addr,
  80                            (unsigned long) p->addr + sizeof(kprobe_opcode_t));
  81 }
  82
  83 void __kprobes arch_disarm_kprobe(struct kprobe *p)
  84 {
  85         *p->addr = p->opcode;
  86         flush_icache_range((unsigned long) p->addr,
  87                            (unsigned long) p->addr + sizeof(kprobe_opcode_t));
  88 }
  89
  90 void __kprobes arch_remove_kprobe(struct kprobe *p)
  91 {
  92 }
  93
  94 static inline void save_previous_kprobe(void)
  95 {
  96         kprobe_prev = current_kprobe;
  97         kprobe_status_prev = kprobe_status;
  98         kprobe_old_eflags_prev = kprobe_old_eflags;
  99         kprobe_saved_eflags_prev = kprobe_saved_eflags;
 100 }
 101
 102 static inline void restore_previous_kprobe(void)
 103 {
 104         current_kprobe = kprobe_prev;
 105         kprobe_status = kprobe_status_prev;
 106         kprobe_old_eflags = kprobe_old_eflags_prev;
 107         kprobe_saved_eflags = kprobe_saved_eflags_prev;
 108 }
 109
 110 static inline void set_current_kprobe(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs)
 111 {
 112         current_kprobe = p;
 113         kprobe_saved_eflags = kprobe_old_eflags
 114                 = (regs->eflags & (TF_MASK | IF_MASK));
 115         if (is_IF_modifier(p->opcode))
 116                 kprobe_saved_eflags &= ~IF_MASK;
 117 }
 118
 119 static inline void prepare_singlestep(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs)
 120 {
 121         regs->eflags |= TF_MASK;
 122         regs->eflags &= ~IF_MASK;
 123         /*single step inline if the instruction is an int3*/
 124         if (p->opcode == BREAKPOINT_INSTRUCTION)
 125                 regs->eip = (unsigned long)p->addr;
 126         else
 127                 regs->eip = (unsigned long)&p->ainsn.insn;
 128 }
 129
 130 void __kprobes arch_prepare_kretprobe(struct kretprobe *rp,
 131                                       struct pt_regs *regs)
 132 {
 133         unsigned long *sara = (unsigned long *)&regs->esp;
 134         struct kretprobe_instance *ri;
 135
 136         if ((ri = get_free_rp_inst(rp)) != NULL) {
 137                 ri->rp = rp;
 138                 ri->task = current;
 139                 ri->ret_addr = (kprobe_opcode_t *) *sara;
 140
 141                 /* Replace the return addr with trampoline addr */
 142                 *sara = (unsigned long) &kretprobe_trampoline;
 143
 144                 add_rp_inst(ri);
 145         } else {
 146                 rp->nmissed++;
 147         }
 148 }
 149
 150 /*
 151  * Interrupts are disabled on entry as trap3 is an interrupt gate and they
 152  * remain disabled thorough out this function.
 153  */
 154 static int __kprobes kprobe_handler(struct pt_regs *regs)
 155 {
 156         struct kprobe *p;
 157         int ret = 0;
 158         kprobe_opcode_t *addr = NULL;
 159         unsigned long *lp;
 160
 161         /* We're in an interrupt, but this is clear and BUG()-safe. */
 162         preempt_disable();
 163         /* Check if the application is using LDT entry for its code segment and
 164          * calculate the address by reading the base address from the LDT entry.
 165          */
 166         if ((regs->xcs & 4) && (current->mm)) {
 167                 lp = (unsigned long *) ((unsigned long)((regs->xcs >> 3) * 8)
 168                                         + (char *) current->mm->context.ldt);
 169                 addr = (kprobe_opcode_t *) (get_desc_base(lp) + regs->eip -
 170                                                 sizeof(kprobe_opcode_t));
 171         } else {
 172                 addr = (kprobe_opcode_t *)(regs->eip - sizeof(kprobe_opcode_t));
 173         }
 174         /* Check we're not actually recursing */
 175         if (kprobe_running()) {
 176                 /* We *are* holding lock here, so this is safe.
 177                    Disarm the probe we just hit, and ignore it. */
 178                 p = get_kprobe(addr);
 179                 if (p) {
 180                         if (kprobe_status == KPROBE_HIT_SS) {
 181                                 regs->eflags &= ~TF_MASK;
 182                                 regs->eflags |= kprobe_saved_eflags;
 183                                 unlock_kprobes();
 184                                 goto no_kprobe;
 185                         }
 186                         /* We have reentered the kprobe_handler(), since
 187                          * another probe was hit while within the handler.
 188                          * We here save the original kprobes variables and
 189                          * just single step on the instruction of the new probe
 190                          * without calling any user handlers.
 191                          */
 192                         save_previous_kprobe();
 193                         set_current_kprobe(p, regs);
 194                         p->nmissed++;
 195                         prepare_singlestep(p, regs);
 196                         kprobe_status = KPROBE_REENTER;
 197                         return 1;
 198                 } else {
 199                         p = current_kprobe;
 200                         if (p->break_handler && p->break_handler(p, regs)) {
 201                                 goto ss_probe;
 202                         }
 203                 }
 204                 /* If it's not ours, can't be delete race, (we hold lock). */
 205                 goto no_kprobe;
 206         }
 207
 208         lock_kprobes();
 209         p = get_kprobe(addr);
 210         if (!p) {
 211                 unlock_kprobes();
 212                 if (regs->eflags & VM_MASK) {
 213                         /* We are in virtual-8086 mode. Return 0 */
 214                         goto no_kprobe;
 215                 }
 216
 217                 if (*addr != BREAKPOINT_INSTRUCTION) {
 218                         /*
 219                          * The breakpoint instruction was removed right
 220                          * after we hit it.  Another cpu has removed
 221                          * either a probepoint or a debugger breakpoint
 222                          * at this address.  In either case, no further
 223                          * handling of this interrupt is appropriate.
 224                          * Back up over the (now missing) int3 and run
 225                          * the original instruction.
 226                          */
 227                         regs->eip -= sizeof(kprobe_opcode_t);
 228                         ret = 1;
 229                 }
 230                 /* Not one of ours: let kernel handle it */
 231                 goto no_kprobe;
 232         }
 233
 234         kprobe_status = KPROBE_HIT_ACTIVE;
 235         set_current_kprobe(p, regs);
 236
 237         if (p->pre_handler && p->pre_handler(p, regs))
 238                 /* handler has already set things up, so skip ss setup */
 239                 return 1;
 240
 241 ss_probe:
 242         prepare_singlestep(p, regs);
 243         kprobe_status = KPROBE_HIT_SS;
 244         return 1;
 245
 246 no_kprobe:
 247         preempt_enable_no_resched();
 248         return ret;
 249 }
 250
 251 /*
 252  * For function-return probes, init_kprobes() establishes a probepoint
 253  * here. When a retprobed function returns, this probe is hit and
 254  * trampoline_probe_handler() runs, calling the kretprobe's handler.
 255  */
 256  void kretprobe_trampoline_holder(void)
 257  {
 258         asm volatile (  ".global kretprobe_trampoline\n"
 259                         "kretprobe_trampoline: \n"
 260                         "nop\n");
 261  }
 262
 263 /*
 264  * Called when we hit the probe point at kretprobe_trampoline
 265  */
 266 int __kprobes trampoline_probe_handler(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs)
 267 {
 268         struct kretprobe_instance *ri = NULL;
 269         struct hlist_head *head;
 270         struct hlist_node *node, *tmp;
 271         unsigned long orig_ret_address = 0;
 272         unsigned long trampoline_address =(unsigned long)&kretprobe_trampoline;
 273
 274         head = kretprobe_inst_table_head(current);
 275
 276         /*
 277          * It is possible to have multiple instances associated with a given
 278          * task either because an multiple functions in the call path
 279          * have a return probe installed on them, and/or more then one return
 280          * return probe was registered for a target function.
 281          *
 282          * We can handle this because:
 283          *     - instances are always inserted at the head of the list
 284          *     - when multiple return probes are registered for the same
 285          *       function, the first instance's ret_addr will point to the
 286          *       real return address, and all the rest will point to
 287          *       kretprobe_trampoline
 288          */
 289         hlist_for_each_entry_safe(ri, node, tmp, head, hlist) {
 290                 if (ri->task != current)
 291                         /* another task is sharing our hash bucket */
 292                         continue;
 293
 294                 if (ri->rp && ri->rp->handler)
 295                         ri->rp->handler(ri, regs);
 296
 297                 orig_ret_address = (unsigned long)ri->ret_addr;
 298                 recycle_rp_inst(ri);
 299
 300                 if (orig_ret_address != trampoline_address)
 301                         /*
 302                          * This is the real return address. Any other
 303                          * instances associated with this task are for
 304                          * other calls deeper on the call stack
 305                          */
 306                         break;
 307         }
 308
 309         BUG_ON(!orig_ret_address || (orig_ret_address == trampoline_address));
 310         regs->eip = orig_ret_address;
 311
 312         unlock_kprobes();
 313         preempt_enable_no_resched();
 314
 315         /*
 316          * By returning a non-zero value, we are telling
 317          * kprobe_handler() that we have handled unlocking
 318          * and re-enabling preemption.
 319          */
 320         return 1;
 321 }
 322
 323 /*
 324  * Called after single-stepping.  p->addr is the address of the
 325  * instruction whose first byte has been replaced by the "int 3"
 326  * instruction.  To avoid the SMP problems that can occur when we
 327  * temporarily put back the original opcode to single-step, we
 328  * single-stepped a copy of the instruction.  The address of this
 329  * copy is p->ainsn.insn.
 330  *
 331  * This function prepares to return from the post-single-step
 332  * interrupt.  We have to fix up the stack as follows:
 333  *
 334  * 0) Except in the case of absolute or indirect jump or call instructions,
 335  * the new eip is relative to the copied instruction.  We need to make
 336  * it relative to the original instruction.
 337  *
 338  * 1) If the single-stepped instruction was pushfl, then the TF and IF
 339  * flags are set in the just-pushed eflags, and may need to be cleared.
 340  *
 341  * 2) If the single-stepped instruction was a call, the return address
 342  * that is atop the stack is the address following the copied instruction.
 343  * We need to make it the address following the original instruction.
 344  */
 345 static void __kprobes resume_execution(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs)
 346 {
 347         unsigned long *tos = (unsigned long *)&regs->esp;
 348         unsigned long next_eip = 0;
 349         unsigned long copy_eip = (unsigned long)&p->ainsn.insn;
 350         unsigned long orig_eip = (unsigned long)p->addr;
 351
 352         switch (p->ainsn.insn[0]) {
 353         case 0x9c:              /* pushfl */
 354                 *tos &= ~(TF_MASK | IF_MASK);
 355                 *tos |= kprobe_old_eflags;
 356                 break;
 357         case 0xc3:              /* ret/lret */
 358         case 0xcb:
 359         case 0xc2:
 360         case 0xca:
 361                 regs->eflags &= ~TF_MASK;
 362                 /* eip is already adjusted, no more changes required*/
 363                 return;
 364         case 0xe8:              /* call relative - Fix return addr */
 365                 *tos = orig_eip + (*tos - copy_eip);
 366                 break;
 367         case 0xff:
 368                 if ((p->ainsn.insn[1] & 0x30) == 0x10) {
 369                         /* call absolute, indirect */
 370                         /* Fix return addr; eip is correct. */
 371                         next_eip = regs->eip;
 372                         *tos = orig_eip + (*tos - copy_eip);
 373                 } else if (((p->ainsn.insn[1] & 0x31) == 0x20) ||       /* jmp near, absolute indirect */
 374                            ((p->ainsn.insn[1] & 0x31) == 0x21)) {       /* jmp far, absolute indirect */
 375                         /* eip is correct. */
 376                         next_eip = regs->eip;
 377                 }
 378                 break;
 379         case 0xea:              /* jmp absolute -- eip is correct */
 380                 next_eip = regs->eip;
 381                 break;
 382         default:
 383                 break;
 384         }
 385
 386         regs->eflags &= ~TF_MASK;
 387         if (next_eip) {
 388                 regs->eip = next_eip;
 389         } else {
 390                 regs->eip = orig_eip + (regs->eip - copy_eip);
 391         }
 392 }
 393
 394 /*
 395  * Interrupts are disabled on entry as trap1 is an interrupt gate and they
 396  * remain disabled thoroughout this function.  And we hold kprobe lock.
 397  */
 398 static inline int post_kprobe_handler(struct pt_regs *regs)
 399 {
 400         if (!kprobe_running())
 401                 return 0;
 402
 403         if ((kprobe_status != KPROBE_REENTER) && current_kprobe->post_handler) {
 404                 kprobe_status = KPROBE_HIT_SSDONE;
 405                 current_kprobe->post_handler(current_kprobe, regs, 0);
 406         }
 407
 408         resume_execution(current_kprobe, regs);
 409         regs->eflags |= kprobe_saved_eflags;
 410
 411         /*Restore back the original saved kprobes variables and continue. */
 412         if (kprobe_status == KPROBE_REENTER) {
 413                 restore_previous_kprobe();
 414                 goto out;
 415         }
 416         unlock_kprobes();
 417 out:
 418         preempt_enable_no_resched();
 419
 420         /*
 421          * if somebody else is singlestepping across a probe point, eflags
 422          * will have TF set, in which case, continue the remaining processing
 423          * of do_debug, as if this is not a probe hit.
 424          */
 425         if (regs->eflags & TF_MASK)
 426                 return 0;
 427
 428         return 1;
 429 }
 430
 431 /* Interrupts disabled, kprobe_lock held. */
 432 static inline int kprobe_fault_handler(struct pt_regs *regs, int trapnr)
 433 {
 434         if (current_kprobe->fault_handler
 435             && current_kprobe->fault_handler(current_kprobe, regs, trapnr))
 436                 return 1;
 437
 438         if (kprobe_status & KPROBE_HIT_SS) {
 439                 resume_execution(current_kprobe, regs);
 440                 regs->eflags |= kprobe_old_eflags;
 441
 442                 unlock_kprobes();
 443                 preempt_enable_no_resched();
 444         }
 445         return 0;
 446 }
 447
 448 /*
 449  * Wrapper routine to for handling exceptions.
 450  */
 451 int __kprobes kprobe_exceptions_notify(struct notifier_block *self,
 452                                        unsigned long val, void *data)
 453 {
 454         struct die_args *args = (struct die_args *)data;
 455         switch (val) {
 456         case DIE_INT3:
 457                 if (kprobe_handler(args->regs))
 458                         return NOTIFY_STOP;
 459                 break;
 460         case DIE_DEBUG:
 461                 if (post_kprobe_handler(args->regs))
 462                         return NOTIFY_STOP;
 463                 break;
 464         case DIE_GPF:
 465                 if (kprobe_running() &&
 466                     kprobe_fault_handler(args->regs, args->trapnr))
 467                         return NOTIFY_STOP;
 468                 break;
 469         case DIE_PAGE_FAULT:
 470                 if (kprobe_running() &&
 471                     kprobe_fault_handler(args->regs, args->trapnr))
 472                         return NOTIFY_STOP;
 473                 break;
 474         default:
 475                 break;
 476         }
 477         return NOTIFY_DONE;
 478 }
 479
 480 int __kprobes setjmp_pre_handler(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs)
 481 {
 482         struct jprobe *jp = container_of(p, struct jprobe, kp);
 483         unsigned long addr;
 484
 485         jprobe_saved_regs = *regs;
 486         jprobe_saved_esp = &regs->esp;
 487         addr = (unsigned long)jprobe_saved_esp;
 488
 489         /*
 490          * TBD: As Linus pointed out, gcc assumes that the callee
 491          * owns the argument space and could overwrite it, e.g.
 492          * tailcall optimization. So, to be absolutely safe
 493          * we also save and restore enough stack bytes to cover
 494          * the argument area.
 495          */
 496         memcpy(jprobes_stack, (kprobe_opcode_t *) addr, MIN_STACK_SIZE(addr));
 497         regs->eflags &= ~IF_MASK;
 498         regs->eip = (unsigned long)(jp->entry);
 499         return 1;
 500 }
 501
 502 void __kprobes jprobe_return(void)
 503 {
 504         preempt_enable_no_resched();
 505         asm volatile ("       xchgl   %%ebx,%%esp     \n"
 506                       "       int3                      \n"
 507                       "       .globl jprobe_return_end  \n"
 508                       "       jprobe_return_end:        \n"
 509                       "       nop                       \n"::"b"
 510                       (jprobe_saved_esp):"memory");
 511 }
 512
 513 int __kprobes longjmp_break_handler(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs)
 514 {
 515         u8 *addr = (u8 *) (regs->eip - 1);
 516         unsigned long stack_addr = (unsigned long)jprobe_saved_esp;
 517         struct jprobe *jp = container_of(p, struct jprobe, kp);
 518
 519         if ((addr > (u8 *) jprobe_return) && (addr < (u8 *) jprobe_return_end)) {
 520                 if (&regs->esp != jprobe_saved_esp) {
 521                         struct pt_regs *saved_regs =
 522                             container_of(jprobe_saved_esp, struct pt_regs, esp);
 523                         printk("current esp %p does not match saved esp %p\n",
 524                                &regs->esp, jprobe_saved_esp);
 525                         printk("Saved registers for jprobe %p\n", jp);
 526                         show_registers(saved_regs);
 527                         printk("Current registers\n");
 528                         show_registers(regs);
 529                         BUG();
 530                 }
 531                 *regs = jprobe_saved_regs;
 532                 memcpy((kprobe_opcode_t *) stack_addr, jprobes_stack,
 533                        MIN_STACK_SIZE(stack_addr));
 534                 return 1;
 535         }
 536         return 0;
 537 }
 538
 539 static struct kprobe trampoline_p = {
 540         .addr = (kprobe_opcode_t *) &kretprobe_trampoline,
 541         .pre_handler = trampoline_probe_handler
 542 };
 543
 544 int __init arch_init_kprobes(void)
 545 {
 546         return register_kprobe(&trampoline_p);
 547 }