Home | History | Annotate | Line # | Download | only in prekern
elf.c revision 1.1
      1 /*	$NetBSD: elf.c,v 1.1 2017/10/10 09:29:14 maxv Exp $	*/
      2 
      3 /*
      4  * Copyright (c) 2017 The NetBSD Foundation, Inc. All rights reserved.
      5  *
      6  * This code is derived from software contributed to The NetBSD Foundation
      7  * by Maxime Villard.
      8  *
      9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
     10  * modification, are permitted provided that the following conditions
     11  * are met:
     12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
     13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
     14  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
     15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
     16  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
     17  *
     18  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE NETBSD FOUNDATION, INC. AND CONTRIBUTORS
     19  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED
     20  * TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
     21  * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE FOUNDATION OR CONTRIBUTORS
     22  * BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
     23  * CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF
     24  * SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS
     25  * INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
     26  * CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
     27  * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE
     28  * POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
     29  */
     30 
     31 #define	ELFSIZE	64
     32 
     33 #include "prekern.h"
     34 #include <sys/exec_elf.h>
     35 
     36 struct elfinfo {
     37 	Elf_Ehdr *ehdr;
     38 	Elf_Shdr *shdr;
     39 	char *shstrtab;
     40 	size_t shstrsz;
     41 	Elf_Sym *symtab;
     42 	size_t symcnt;
     43 	char *strtab;
     44 	size_t strsz;
     45 	struct {
     46 		vaddr_t va;
     47 		size_t sz;
     48 	} text;
     49 	struct {
     50 		vaddr_t va;
     51 		size_t sz;
     52 	} rodata;
     53 	struct {
     54 		vaddr_t va;
     55 		size_t sz;
     56 	} data;
     57 };
     58 
     59 static struct elfinfo eif;
     60 static const char entrypoint[] = "start_prekern";
     61 
     62 /* XXX */
     63 static int
     64 memcmp(const char *a, const char *b, size_t c)
     65 {
     66 	size_t i;
     67 	for (i = 0; i < c; i++) {
     68 		if (a[i] != b[i])
     69 			return 1;
     70 	}
     71 	return 0;
     72 }
     73 static int
     74 strcmp(char *a, char *b)
     75 {
     76 	size_t i;
     77 	for (i = 0; a[i] != '\0'; i++) {
     78 		if (a[i] != b[i])
     79 			return 1;
     80 	}
     81 	return 0;
     82 }
     83 
     84 
     85 static int
     86 elf_check_header()
     87 {
     88 	if (memcmp((char *)eif.ehdr->e_ident, ELFMAG, SELFMAG) != 0 ||
     89 	    eif.ehdr->e_ident[EI_CLASS] != ELFCLASS) {
     90 		return -1;
     91 	}
     92 	return 0;
     93 }
     94 
     95 static vaddr_t
     96 elf_get_entrypoint()
     97 {
     98 	Elf_Sym *sym;
     99 	size_t i;
    100 	char *buf;
    101 
    102 	for (i = 0; i < eif.symcnt; i++) {
    103 		sym = &eif.symtab[i];
    104 
    105 		if (ELF_ST_TYPE(sym->st_info) != STT_FUNC)
    106 			continue;
    107 		if (sym->st_name == 0)
    108 			continue;
    109 		if (sym->st_shndx == SHN_UNDEF)
    110 			continue; /* Skip external references */
    111 		buf = eif.strtab + sym->st_name;
    112 
    113 		if (!memcmp(buf, entrypoint, sizeof(entrypoint))) {
    114 			return (vaddr_t)sym->st_value;
    115 		}
    116 	}
    117 
    118 	return 0;
    119 }
    120 
    121 static Elf_Shdr *
    122 elf_find_section(char *name)
    123 {
    124 	char *buf;
    125 	size_t i;
    126 
    127 	for (i = 0; i < eif.ehdr->e_shnum; i++) {
    128 		if (eif.shdr[i].sh_name == 0) {
    129 			continue;
    130 		}
    131 		buf = eif.shstrtab + eif.shdr[i].sh_name;
    132 		if (!strcmp(name, buf)) {
    133 			return &eif.shdr[i];
    134 		}
    135 	}
    136 
    137 	return NULL;
    138 }
    139 
    140 static uintptr_t
    141 elf_sym_lookup(size_t symidx)
    142 {
    143 	const Elf_Sym *sym;
    144 	char *buf, *secname;
    145 	Elf_Shdr *sec;
    146 
    147 	if (symidx >= eif.symcnt) {
    148 		fatal("elf_sym_lookup: symbol beyond table");
    149 	}
    150 	sym = &eif.symtab[symidx];
    151 	buf = eif.strtab + sym->st_name;
    152 
    153 	if (sym->st_shndx == SHN_UNDEF) {
    154 		if (!memcmp(buf, "__start_link_set", 16)) {
    155 			secname = buf + 8;
    156 			sec = elf_find_section(secname);
    157 			if (sec == NULL) {
    158 				fatal("elf_sym_lookup: unknown start link set");
    159 			}
    160 			return (uintptr_t)((uint8_t *)eif.ehdr +
    161 			    sec->sh_offset);
    162 		}
    163 		if (!memcmp(buf, "__stop_link_set", 15)) {
    164 			secname = buf + 7;
    165 			sec = elf_find_section(secname);
    166 			if (sec == NULL) {
    167 				fatal("elf_sym_lookup: unknown stop link set");
    168 			}
    169 			return (uintptr_t)((uint8_t *)eif.ehdr +
    170 			    sec->sh_offset + sec->sh_size);
    171 		}
    172 
    173 		fatal("elf_sym_lookup: external symbol");
    174 	}
    175 	if (sym->st_value == 0) {
    176 		fatal("elf_sym_lookup: zero value");
    177 	}
    178 	return (uintptr_t)sym->st_value;
    179 }
    180 
    181 static void
    182 elf_apply_reloc(uintptr_t relocbase, const void *data, bool isrela)
    183 {
    184 	Elf64_Addr *where, val;
    185 	Elf32_Addr *where32, val32;
    186 	Elf64_Addr addr;
    187 	Elf64_Addr addend;
    188 	uintptr_t rtype, symidx;
    189 	const Elf_Rel *rel;
    190 	const Elf_Rela *rela;
    191 
    192 	if (isrela) {
    193 		rela = (const Elf_Rela *)data;
    194 		where = (Elf64_Addr *)(relocbase + rela->r_offset);
    195 		addend = rela->r_addend;
    196 		rtype = ELF_R_TYPE(rela->r_info);
    197 		symidx = ELF_R_SYM(rela->r_info);
    198 	} else {
    199 		rel = (const Elf_Rel *)data;
    200 		where = (Elf64_Addr *)(relocbase + rel->r_offset);
    201 		rtype = ELF_R_TYPE(rel->r_info);
    202 		symidx = ELF_R_SYM(rel->r_info);
    203 		/* Addend is 32 bit on 32 bit relocs */
    204 		switch (rtype) {
    205 		case R_X86_64_PC32:
    206 		case R_X86_64_32:
    207 		case R_X86_64_32S:
    208 			addend = *(Elf32_Addr *)where;
    209 			break;
    210 		default:
    211 			addend = *where;
    212 			break;
    213 		}
    214 	}
    215 
    216 	switch (rtype) {
    217 	case R_X86_64_NONE:	/* none */
    218 		break;
    219 
    220 	case R_X86_64_64:		/* S + A */
    221 		addr = elf_sym_lookup(symidx);
    222 		val = addr + addend;
    223 		*where = val;
    224 		break;
    225 
    226 	case R_X86_64_PC32:	/* S + A - P */
    227 		addr = elf_sym_lookup(symidx);
    228 		where32 = (Elf32_Addr *)where;
    229 		val32 = (Elf32_Addr)(addr + addend - (Elf64_Addr)where);
    230 		*where32 = val32;
    231 		break;
    232 
    233 	case R_X86_64_32:	/* S + A */
    234 	case R_X86_64_32S:	/* S + A sign extend */
    235 		addr = elf_sym_lookup(symidx);
    236 		val32 = (Elf32_Addr)(addr + addend);
    237 		where32 = (Elf32_Addr *)where;
    238 		*where32 = val32;
    239 		break;
    240 
    241 	case R_X86_64_GLOB_DAT:	/* S */
    242 	case R_X86_64_JUMP_SLOT:/* XXX need addend + offset */
    243 		addr = elf_sym_lookup(symidx);
    244 		*where = addr;
    245 		break;
    246 
    247 	case R_X86_64_RELATIVE:	/* B + A */
    248 		addr = relocbase + addend;
    249 		val = addr;
    250 		*where = val;
    251 		break;
    252 
    253 	default:
    254 		fatal("elf_apply_reloc: unexpected relocation type");
    255 	}
    256 }
    257 
    258 static void
    259 elf_build_info(vaddr_t baseva)
    260 {
    261 	vaddr_t secva, minva, maxva;
    262 	size_t secsz;
    263 	size_t i, j;
    264 
    265 	memset(&eif, 0, sizeof(struct elfinfo));
    266 
    267 	eif.ehdr = (Elf_Ehdr *)baseva;
    268 	eif.shdr = (Elf_Shdr *)((uint8_t *)eif.ehdr + eif.ehdr->e_shoff);
    269 
    270 	if (elf_check_header(&eif) == -1) {
    271 		fatal("elf_build_info: wrong kernel ELF header");
    272 	}
    273 
    274 	/* Locate the section names */
    275 	j = eif.ehdr->e_shstrndx;
    276 	if (j == SHN_UNDEF) {
    277 		fatal("elf_build_info: shstrtab not found");
    278 	}
    279 	if (j >= eif.ehdr->e_shnum) {
    280 		fatal("elf_build_info: wrong shstrtab index");
    281 	}
    282 	eif.shstrtab = (char *)((uint8_t *)eif.ehdr + eif.shdr[j].sh_offset);
    283 	eif.shstrsz = eif.shdr[j].sh_size;
    284 
    285 	/* Locate the symbol table */
    286 	for (i = 0; i < eif.ehdr->e_shnum; i++) {
    287 		if (eif.shdr[i].sh_type == SHT_SYMTAB)
    288 			break;
    289 	}
    290 	if (i == eif.ehdr->e_shnum) {
    291 		fatal("elf_build_info: symtab not found");
    292 	}
    293 	eif.symtab = (Elf_Sym *)((uint8_t *)eif.ehdr + eif.shdr[i].sh_offset);
    294 	eif.symcnt = eif.shdr[i].sh_size / sizeof(Elf_Sym);
    295 
    296 	/* Also locate the string table */
    297 	j = eif.shdr[i].sh_link;
    298 	if (j == SHN_UNDEF || j >= eif.ehdr->e_shnum) {
    299 		fatal("elf_build_info: wrong strtab index");
    300 	}
    301 	if (eif.shdr[j].sh_type != SHT_STRTAB) {
    302 		fatal("elf_build_info: wrong strtab type");
    303 	}
    304 	eif.strtab = (char *)((uint8_t *)eif.ehdr + eif.shdr[j].sh_offset);
    305 	eif.strsz = eif.shdr[j].sh_size;
    306 
    307 	/*
    308 	 * Save the locations of the kernel segments. Attention: there is a
    309 	 * difference between "segment" and "section". A segment can contain
    310 	 * several sections.
    311 	 */
    312 
    313 	/* text */
    314 	minva = 0xFFFFFFFFFFFFFFFF, maxva = 0;
    315 	for (i = 0; i < eif.ehdr->e_shnum; i++) {
    316 		if (eif.shdr[i].sh_type != SHT_NOBITS &&
    317 		    eif.shdr[i].sh_type != SHT_PROGBITS) {
    318 			continue;
    319 		}
    320 		if (!(eif.shdr[i].sh_flags & SHF_EXECINSTR)) {
    321 			continue;
    322 		}
    323 		secva = baseva + eif.shdr[i].sh_offset;
    324 		secsz = eif.shdr[i].sh_size;
    325 		if (secva < minva) {
    326 			minva = secva;
    327 		}
    328 		if (secva + secsz > maxva) {
    329 			maxva = secva + secsz;
    330 		}
    331 	}
    332 	eif.text.va = minva;
    333 	eif.text.sz = roundup(maxva - minva, PAGE_SIZE);
    334 	ASSERT(eif.text.va % PAGE_SIZE == 0);
    335 
    336 	/* rodata */
    337 	minva = 0xFFFFFFFFFFFFFFFF, maxva = 0;
    338 	for (i = 0; i < eif.ehdr->e_shnum; i++) {
    339 		if (eif.shdr[i].sh_type != SHT_NOBITS &&
    340 		    eif.shdr[i].sh_type != SHT_PROGBITS) {
    341 			continue;
    342 		}
    343 		if ((eif.shdr[i].sh_flags & (SHF_EXECINSTR|SHF_WRITE))) {
    344 			continue;
    345 		}
    346 		secva = baseva + eif.shdr[i].sh_offset;
    347 		secsz = eif.shdr[i].sh_size;
    348 		if (secva < minva) {
    349 			minva = secva;
    350 		}
    351 		if (secva + secsz > maxva) {
    352 			maxva = secva + secsz;
    353 		}
    354 	}
    355 	eif.rodata.va = minva;
    356 	eif.rodata.sz = roundup(maxva - minva, PAGE_SIZE);
    357 	ASSERT(eif.rodata.va % PAGE_SIZE == 0);
    358 
    359 	/* data */
    360 	minva = 0xFFFFFFFFFFFFFFFF, maxva = 0;
    361 	for (i = 0; i < eif.ehdr->e_shnum; i++) {
    362 		if (eif.shdr[i].sh_type != SHT_NOBITS &&
    363 		    eif.shdr[i].sh_type != SHT_PROGBITS) {
    364 			continue;
    365 		}
    366 		if (!(eif.shdr[i].sh_flags & SHF_WRITE) ||
    367 		    (eif.shdr[i].sh_flags & SHF_EXECINSTR)) {
    368 			continue;
    369 		}
    370 		secva = baseva + eif.shdr[i].sh_offset;
    371 		secsz = eif.shdr[i].sh_size;
    372 		if (secva < minva) {
    373 			minva = secva;
    374 		}
    375 		if (secva + secsz > maxva) {
    376 			maxva = secva + secsz;
    377 		}
    378 	}
    379 	eif.data.va = minva;
    380 	eif.data.sz = roundup(maxva - minva, PAGE_SIZE);
    381 	ASSERT(eif.data.va % PAGE_SIZE == 0);
    382 }
    383 
    384 vaddr_t
    385 elf_kernel_reloc(vaddr_t baseva)
    386 {
    387 	vaddr_t secva, ent;
    388 	Elf_Sym *sym;
    389 	size_t i, j;
    390 
    391 	elf_build_info(baseva);
    392 
    393 	print_state(true, "ELF info created");
    394 
    395 	/*
    396 	 * The loaded sections are: SHT_PROGBITS, SHT_NOBITS, SHT_STRTAB,
    397 	 * SHT_SYMTAB.
    398 	 */
    399 
    400 	/*
    401 	 * Update all symbol values with the appropriate offset.
    402 	 */
    403 	for (i = 0; i < eif.ehdr->e_shnum; i++) {
    404 		if (eif.shdr[i].sh_type != SHT_NOBITS &&
    405 		    eif.shdr[i].sh_type != SHT_PROGBITS) {
    406 			continue;
    407 		}
    408 		secva = baseva + eif.shdr[i].sh_offset;
    409 		for (j = 0; j < eif.symcnt; j++) {
    410 			sym = &eif.symtab[j];
    411 			if (sym->st_shndx != i) {
    412 				continue;
    413 			}
    414 			sym->st_value += (Elf_Addr)secva;
    415 		}
    416 	}
    417 
    418 	print_state(true, "Symbol values updated");
    419 
    420 	/*
    421 	 * Perform relocations without addend if there are any.
    422 	 */
    423 	for (i = 0; i < eif.ehdr->e_shnum; i++) {
    424 		Elf_Rel *reltab, *rel;
    425 		size_t secidx, nrel;
    426 		uintptr_t base;
    427 
    428 		if (eif.shdr[i].sh_type != SHT_REL)
    429 			continue;
    430 
    431 		reltab = (Elf_Rel *)((uint8_t *)eif.ehdr + eif.shdr[i].sh_offset);
    432 		nrel = eif.shdr[i].sh_size / sizeof(Elf_Rel);
    433 
    434 		secidx = eif.shdr[i].sh_info;
    435 		if (secidx >= eif.ehdr->e_shnum) {
    436 			fatal("elf_kernel_reloc: wrong REL relocation");
    437 		}
    438 		base = (uintptr_t)eif.ehdr + eif.shdr[secidx].sh_offset;
    439 
    440 		for (j = 0; j < nrel; j++) {
    441 			rel = &reltab[j];
    442 			elf_apply_reloc(base, rel, false);
    443 		}
    444 	}
    445 
    446 	print_state(true, "REL relocations applied");
    447 
    448 	/*
    449 	 * Perform relocations with addend if there are any.
    450 	 */
    451 	for (i = 0; i < eif.ehdr->e_shnum; i++) {
    452 		Elf_Rela *relatab, *rela;
    453 		size_t secidx, nrela;
    454 		uintptr_t base;
    455 
    456 		if (eif.shdr[i].sh_type != SHT_RELA)
    457 			continue;
    458 
    459 		relatab = (Elf_Rela *)((uint8_t *)eif.ehdr + eif.shdr[i].sh_offset);
    460 		nrela = eif.shdr[i].sh_size / sizeof(Elf_Rela);
    461 
    462 		secidx = eif.shdr[i].sh_info;
    463 		if (secidx >= eif.ehdr->e_shnum) {
    464 			fatal("elf_kernel_reloc: wrong RELA relocation");
    465 		}
    466 		base = (uintptr_t)eif.ehdr + eif.shdr[secidx].sh_offset;
    467 
    468 		for (j = 0; j < nrela; j++) {
    469 			rela = &relatab[j];
    470 			elf_apply_reloc(base, rela, true);
    471 		}
    472 	}
    473 
    474 	print_state(true, "RELA relocations applied");
    475 
    476 	/*
    477 	 * Get the entry point.
    478 	 */
    479 	ent = elf_get_entrypoint(&eif);
    480 	if (ent == 0) {
    481 		fatal("elf_kernel_reloc: entry point not found");
    482 	}
    483 
    484 	print_state(true, "Entry point found");
    485 
    486 	/*
    487 	 * Remap the code segments with proper permissions.
    488 	 */
    489 	mm_mprotect(eif.text.va, eif.text.sz, MM_PROT_READ|MM_PROT_EXECUTE);
    490 	mm_mprotect(eif.rodata.va, eif.rodata.sz, MM_PROT_READ);
    491 	mm_mprotect(eif.data.va, eif.data.sz, MM_PROT_READ|MM_PROT_WRITE);
    492 
    493 	print_state(true, "Segments protection updated");
    494 
    495 	return ent;
    496 }
    497 
    498 void
    499 elf_get_text(vaddr_t *va, paddr_t *pa, size_t *sz)
    500 {
    501 	*va = eif.text.va;
    502 	*pa = mm_vatopa(eif.text.va);
    503 	*sz = eif.text.sz;
    504 }
    505 
    506 void
    507 elf_get_rodata(vaddr_t *va, paddr_t *pa, size_t *sz)
    508 {
    509 	*va = eif.rodata.va;
    510 	*pa = mm_vatopa(eif.rodata.va);
    511 	*sz = eif.rodata.sz;
    512 }
    513 
    514 void
    515 elf_get_data(vaddr_t *va, paddr_t *pa, size_t *sz)
    516 {
    517 	*va = eif.data.va;
    518 	*pa = mm_vatopa(eif.data.va);
    519 	*sz = eif.data.sz;
    520 }
    521