Home | History | Annotate | Line # | Download | only in prekern
elf.c revision 1.8
      1 /*	$NetBSD: elf.c,v 1.8 2017/11/09 15:24:39 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 };
     46 
     47 extern paddr_t kernpa_start, kernpa_end;
     48 
     49 static struct elfinfo eif;
     50 static const char entrypoint[] = "start_prekern";
     51 
     52 /* XXX */
     53 static int
     54 memcmp(const char *a, const char *b, size_t c)
     55 {
     56 	size_t i;
     57 	for (i = 0; i < c; i++) {
     58 		if (a[i] != b[i])
     59 			return 1;
     60 	}
     61 	return 0;
     62 }
     63 static int
     64 strcmp(char *a, char *b)
     65 {
     66 	size_t i;
     67 	for (i = 0; a[i] != '\0'; i++) {
     68 		if (a[i] != b[i])
     69 			return 1;
     70 	}
     71 	return 0;
     72 }
     73 
     74 
     75 static int
     76 elf_check_header()
     77 {
     78 	if (memcmp((char *)eif.ehdr->e_ident, ELFMAG, SELFMAG) != 0 ||
     79 	    eif.ehdr->e_ident[EI_CLASS] != ELFCLASS ||
     80 	    eif.ehdr->e_type != ET_REL) {
     81 		return -1;
     82 	}
     83 	return 0;
     84 }
     85 
     86 static vaddr_t
     87 elf_get_entrypoint()
     88 {
     89 	Elf_Sym *sym;
     90 	size_t i;
     91 	char *buf;
     92 
     93 	for (i = 0; i < eif.symcnt; i++) {
     94 		sym = &eif.symtab[i];
     95 
     96 		if (ELF_ST_TYPE(sym->st_info) != STT_FUNC)
     97 			continue;
     98 		if (sym->st_name == 0)
     99 			continue;
    100 		if (sym->st_shndx == SHN_UNDEF)
    101 			continue; /* Skip external references */
    102 		buf = eif.strtab + sym->st_name;
    103 
    104 		if (!memcmp(buf, entrypoint, sizeof(entrypoint))) {
    105 			return (vaddr_t)sym->st_value;
    106 		}
    107 	}
    108 
    109 	return 0;
    110 }
    111 
    112 static Elf_Shdr *
    113 elf_find_section(char *name)
    114 {
    115 	char *buf;
    116 	size_t i;
    117 
    118 	for (i = 0; i < eif.ehdr->e_shnum; i++) {
    119 		if (eif.shdr[i].sh_name == 0) {
    120 			continue;
    121 		}
    122 		buf = eif.shstrtab + eif.shdr[i].sh_name;
    123 		if (!strcmp(name, buf)) {
    124 			return &eif.shdr[i];
    125 		}
    126 	}
    127 
    128 	return NULL;
    129 }
    130 
    131 static uintptr_t
    132 elf_sym_lookup(size_t symidx)
    133 {
    134 	const Elf_Sym *sym;
    135 	char *buf, *secname;
    136 	Elf_Shdr *sec;
    137 
    138 	if (symidx == STN_UNDEF) {
    139 		return 0;
    140 	}
    141 
    142 	if (symidx >= eif.symcnt) {
    143 		fatal("elf_sym_lookup: symbol beyond table");
    144 	}
    145 	sym = &eif.symtab[symidx];
    146 	buf = eif.strtab + sym->st_name;
    147 
    148 	if (sym->st_shndx == SHN_UNDEF) {
    149 		if (!memcmp(buf, "__start_link_set", 16)) {
    150 			secname = buf + 8;
    151 			sec = elf_find_section(secname);
    152 			if (sec == NULL) {
    153 				fatal("elf_sym_lookup: unknown start link set");
    154 			}
    155 			return (uintptr_t)((uint8_t *)eif.ehdr +
    156 			    sec->sh_offset);
    157 		}
    158 		if (!memcmp(buf, "__stop_link_set", 15)) {
    159 			secname = buf + 7;
    160 			sec = elf_find_section(secname);
    161 			if (sec == NULL) {
    162 				fatal("elf_sym_lookup: unknown stop link set");
    163 			}
    164 			return (uintptr_t)((uint8_t *)eif.ehdr +
    165 			    sec->sh_offset + sec->sh_size);
    166 		}
    167 
    168 		fatal("elf_sym_lookup: external symbol");
    169 	}
    170 	if (sym->st_value == 0) {
    171 		fatal("elf_sym_lookup: zero value");
    172 	}
    173 	return (uintptr_t)sym->st_value;
    174 }
    175 
    176 static void
    177 elf_apply_reloc(uintptr_t relocbase, const void *data, bool isrela)
    178 {
    179 	Elf64_Addr *where, val;
    180 	Elf32_Addr *where32, val32;
    181 	Elf64_Addr addr;
    182 	Elf64_Addr addend;
    183 	uintptr_t rtype, symidx;
    184 	const Elf_Rel *rel;
    185 	const Elf_Rela *rela;
    186 
    187 	if (isrela) {
    188 		rela = (const Elf_Rela *)data;
    189 		where = (Elf64_Addr *)(relocbase + rela->r_offset);
    190 		addend = rela->r_addend;
    191 		rtype = ELF_R_TYPE(rela->r_info);
    192 		symidx = ELF_R_SYM(rela->r_info);
    193 	} else {
    194 		rel = (const Elf_Rel *)data;
    195 		where = (Elf64_Addr *)(relocbase + rel->r_offset);
    196 		rtype = ELF_R_TYPE(rel->r_info);
    197 		symidx = ELF_R_SYM(rel->r_info);
    198 		/* Addend is 32 bit on 32 bit relocs */
    199 		switch (rtype) {
    200 		case R_X86_64_PC32:
    201 		case R_X86_64_32:
    202 		case R_X86_64_32S:
    203 			addend = *(Elf32_Addr *)where;
    204 			break;
    205 		default:
    206 			addend = *where;
    207 			break;
    208 		}
    209 	}
    210 
    211 	switch (rtype) {
    212 	case R_X86_64_NONE:	/* none */
    213 		break;
    214 
    215 	case R_X86_64_64:		/* S + A */
    216 		addr = elf_sym_lookup(symidx);
    217 		val = addr + addend;
    218 		*where = val;
    219 		break;
    220 
    221 	case R_X86_64_PC32:	/* S + A - P */
    222 		addr = elf_sym_lookup(symidx);
    223 		where32 = (Elf32_Addr *)where;
    224 		val32 = (Elf32_Addr)(addr + addend - (Elf64_Addr)where);
    225 		*where32 = val32;
    226 		break;
    227 
    228 	case R_X86_64_32:	/* S + A */
    229 	case R_X86_64_32S:	/* S + A sign extend */
    230 		addr = elf_sym_lookup(symidx);
    231 		val32 = (Elf32_Addr)(addr + addend);
    232 		where32 = (Elf32_Addr *)where;
    233 		*where32 = val32;
    234 		break;
    235 
    236 	case R_X86_64_GLOB_DAT:	/* S */
    237 	case R_X86_64_JUMP_SLOT:/* XXX need addend + offset */
    238 		addr = elf_sym_lookup(symidx);
    239 		*where = addr;
    240 		break;
    241 
    242 	case R_X86_64_RELATIVE:	/* B + A */
    243 		addr = relocbase + addend;
    244 		val = addr;
    245 		*where = val;
    246 		break;
    247 
    248 	default:
    249 		fatal("elf_apply_reloc: unexpected relocation type");
    250 	}
    251 }
    252 
    253 /* -------------------------------------------------------------------------- */
    254 
    255 size_t
    256 elf_get_head_size(vaddr_t headva)
    257 {
    258 	Elf_Ehdr *ehdr;
    259 	Elf_Shdr *shdr;
    260 	size_t size;
    261 
    262 	ehdr = (Elf_Ehdr *)headva;
    263 	shdr = (Elf_Shdr *)((uint8_t *)ehdr + ehdr->e_shoff);
    264 
    265 	size = (vaddr_t)shdr + (vaddr_t)(ehdr->e_shnum * sizeof(Elf_Shdr)) -
    266 	    (vaddr_t)ehdr;
    267 
    268 	return roundup(size, PAGE_SIZE);
    269 }
    270 
    271 void
    272 elf_build_head(vaddr_t headva)
    273 {
    274 	memset(&eif, 0, sizeof(struct elfinfo));
    275 
    276 	eif.ehdr = (Elf_Ehdr *)headva;
    277 	eif.shdr = (Elf_Shdr *)((uint8_t *)eif.ehdr + eif.ehdr->e_shoff);
    278 
    279 	if (elf_check_header() == -1) {
    280 		fatal("elf_build_head: wrong kernel ELF header");
    281 	}
    282 }
    283 
    284 static bool
    285 elf_section_is_text(Elf_Shdr *shdr)
    286 {
    287 	if (shdr->sh_type != SHT_NOBITS &&
    288 	    shdr->sh_type != SHT_PROGBITS) {
    289 		return false;
    290 	}
    291 	if (!(shdr->sh_flags & SHF_EXECINSTR)) {
    292 		return false;
    293 	}
    294 	return true;
    295 }
    296 
    297 static bool
    298 elf_section_is_rodata(Elf_Shdr *shdr)
    299 {
    300 	if (shdr->sh_type != SHT_NOBITS &&
    301 	    shdr->sh_type != SHT_PROGBITS) {
    302 		return false;
    303 	}
    304 	if (shdr->sh_flags & (SHF_EXECINSTR|SHF_WRITE)) {
    305 		return false;
    306 	}
    307 	return true;
    308 }
    309 
    310 static bool
    311 elf_section_is_data(Elf_Shdr *shdr)
    312 {
    313 	if (shdr->sh_type != SHT_NOBITS &&
    314 	    shdr->sh_type != SHT_PROGBITS) {
    315 		return false;
    316 	}
    317 	if (!(shdr->sh_flags & SHF_WRITE) ||
    318 	    (shdr->sh_flags & SHF_EXECINSTR)) {
    319 		return false;
    320 	}
    321 	return true;
    322 }
    323 
    324 void
    325 elf_get_text(paddr_t *pa, size_t *sz)
    326 {
    327 	const paddr_t basepa = kernpa_start;
    328 	paddr_t minpa, maxpa, secpa;
    329 	size_t i, secsz;
    330 
    331 	minpa = 0xFFFFFFFFFFFFFFFF, maxpa = 0;
    332 	for (i = 0; i < eif.ehdr->e_shnum; i++) {
    333 		if (!elf_section_is_text(&eif.shdr[i])) {
    334 			continue;
    335 		}
    336 		secpa = basepa + eif.shdr[i].sh_offset;
    337 		secsz = eif.shdr[i].sh_size;
    338 		if (secpa < minpa) {
    339 			minpa = secpa;
    340 		}
    341 		if (secpa + secsz > maxpa) {
    342 			maxpa = secpa + secsz;
    343 		}
    344 	}
    345 	ASSERT(minpa % PAGE_SIZE == 0);
    346 
    347 	*pa = minpa;
    348 	*sz = maxpa - minpa;
    349 }
    350 
    351 void
    352 elf_build_text(vaddr_t textva, paddr_t textpa)
    353 {
    354 	const paddr_t basepa = kernpa_start;
    355 	const vaddr_t headva = (vaddr_t)eif.ehdr;
    356 	size_t i, offtext;
    357 
    358 	for (i = 0; i < eif.ehdr->e_shnum; i++) {
    359 		if (!elf_section_is_text(&eif.shdr[i])) {
    360 			continue;
    361 		}
    362 
    363 		/* Offset of the section within the text segment. */
    364 		offtext = basepa + eif.shdr[i].sh_offset - textpa;
    365 
    366 		/* We want (headva + sh_offset) to be the VA of the section. */
    367 		eif.shdr[i].sh_offset = (textva + offtext - headva);
    368 	}
    369 }
    370 
    371 void
    372 elf_get_rodata(paddr_t *pa, size_t *sz)
    373 {
    374 	const paddr_t basepa = kernpa_start;
    375 	paddr_t minpa, maxpa, secpa;
    376 	size_t i, secsz;
    377 
    378 	minpa = 0xFFFFFFFFFFFFFFFF, maxpa = 0;
    379 	for (i = 0; i < eif.ehdr->e_shnum; i++) {
    380 		if (!elf_section_is_rodata(&eif.shdr[i])) {
    381 			continue;
    382 		}
    383 		secpa = basepa + eif.shdr[i].sh_offset;
    384 		secsz = eif.shdr[i].sh_size;
    385 		if (secpa < minpa) {
    386 			minpa = secpa;
    387 		}
    388 		if (secpa + secsz > maxpa) {
    389 			maxpa = secpa + secsz;
    390 		}
    391 	}
    392 	ASSERT(minpa % PAGE_SIZE == 0);
    393 
    394 	*pa = minpa;
    395 	*sz = maxpa - minpa;
    396 }
    397 
    398 void
    399 elf_build_rodata(vaddr_t rodatava, paddr_t rodatapa)
    400 {
    401 	const paddr_t basepa = kernpa_start;
    402 	const vaddr_t headva = (vaddr_t)eif.ehdr;
    403 	size_t i, offrodata;
    404 
    405 	for (i = 0; i < eif.ehdr->e_shnum; i++) {
    406 		if (!elf_section_is_rodata(&eif.shdr[i])) {
    407 			continue;
    408 		}
    409 
    410 		/* Offset of the section within the rodata segment. */
    411 		offrodata = basepa + eif.shdr[i].sh_offset - rodatapa;
    412 
    413 		/* We want (headva + sh_offset) to be the VA of the section. */
    414 		eif.shdr[i].sh_offset = (rodatava + offrodata - headva);
    415 	}
    416 }
    417 
    418 void
    419 elf_get_data(paddr_t *pa, size_t *sz)
    420 {
    421 	const paddr_t basepa = kernpa_start;
    422 	paddr_t minpa, maxpa, secpa;
    423 	size_t i, secsz;
    424 
    425 	minpa = 0xFFFFFFFFFFFFFFFF, maxpa = 0;
    426 	for (i = 0; i < eif.ehdr->e_shnum; i++) {
    427 		if (!elf_section_is_data(&eif.shdr[i])) {
    428 			continue;
    429 		}
    430 		secpa = basepa + eif.shdr[i].sh_offset;
    431 		secsz = eif.shdr[i].sh_size;
    432 		if (secpa < minpa) {
    433 			minpa = secpa;
    434 		}
    435 		if (secpa + secsz > maxpa) {
    436 			maxpa = secpa + secsz;
    437 		}
    438 	}
    439 	ASSERT(minpa % PAGE_SIZE == 0);
    440 
    441 	*pa = minpa;
    442 	*sz = maxpa - minpa;
    443 }
    444 
    445 void
    446 elf_build_data(vaddr_t datava, paddr_t datapa)
    447 {
    448 	const paddr_t basepa = kernpa_start;
    449 	const vaddr_t headva = (vaddr_t)eif.ehdr;
    450 	size_t i, offdata;
    451 
    452 	for (i = 0; i < eif.ehdr->e_shnum; i++) {
    453 		if (!elf_section_is_data(&eif.shdr[i])) {
    454 			continue;
    455 		}
    456 
    457 		/* Offset of the section within the data segment. */
    458 		offdata = basepa + eif.shdr[i].sh_offset - datapa;
    459 
    460 		/* We want (headva + sh_offset) to be the VA of the section. */
    461 		eif.shdr[i].sh_offset = (datava + offdata - headva);
    462 	}
    463 }
    464 
    465 void
    466 elf_build_boot(vaddr_t bootva, paddr_t bootpa)
    467 {
    468 	const paddr_t basepa = kernpa_start;
    469 	const vaddr_t headva = (vaddr_t)eif.ehdr;
    470 	size_t i, j, offboot;
    471 
    472 	for (i = 0; i < eif.ehdr->e_shnum; i++) {
    473 		if (eif.shdr[i].sh_type != SHT_STRTAB &&
    474 		    eif.shdr[i].sh_type != SHT_REL &&
    475 		    eif.shdr[i].sh_type != SHT_RELA &&
    476 		    eif.shdr[i].sh_type != SHT_SYMTAB) {
    477 			continue;
    478 		}
    479 		if (eif.shdr[i].sh_offset == 0) {
    480 			/* hasn't been loaded */
    481 			continue;
    482 		}
    483 
    484 		/* Offset of the section within the boot region. */
    485 		offboot = basepa + eif.shdr[i].sh_offset - bootpa;
    486 
    487 		/* We want (headva + sh_offset) to be the VA of the region. */
    488 		eif.shdr[i].sh_offset = (bootva + offboot - headva);
    489 	}
    490 
    491 	/* Locate the section names */
    492 	j = eif.ehdr->e_shstrndx;
    493 	if (j == SHN_UNDEF) {
    494 		fatal("elf_build_boot: shstrtab not found");
    495 	}
    496 	if (j >= eif.ehdr->e_shnum) {
    497 		fatal("elf_build_boot: wrong shstrtab index");
    498 	}
    499 	eif.shstrtab = (char *)((uint8_t *)eif.ehdr + eif.shdr[j].sh_offset);
    500 	eif.shstrsz = eif.shdr[j].sh_size;
    501 
    502 	/* Locate the symbol table */
    503 	for (i = 0; i < eif.ehdr->e_shnum; i++) {
    504 		if (eif.shdr[i].sh_type == SHT_SYMTAB)
    505 			break;
    506 	}
    507 	if (i == eif.ehdr->e_shnum) {
    508 		fatal("elf_build_boot: symtab not found");
    509 	}
    510 	eif.symtab = (Elf_Sym *)((uint8_t *)eif.ehdr + eif.shdr[i].sh_offset);
    511 	eif.symcnt = eif.shdr[i].sh_size / sizeof(Elf_Sym);
    512 
    513 	/* Also locate the string table */
    514 	j = eif.shdr[i].sh_link;
    515 	if (j == SHN_UNDEF || j >= eif.ehdr->e_shnum) {
    516 		fatal("elf_build_boot: wrong strtab index");
    517 	}
    518 	if (eif.shdr[j].sh_type != SHT_STRTAB) {
    519 		fatal("elf_build_boot: wrong strtab type");
    520 	}
    521 	eif.strtab = (char *)((uint8_t *)eif.ehdr + eif.shdr[j].sh_offset);
    522 	eif.strsz = eif.shdr[j].sh_size;
    523 }
    524 
    525 vaddr_t
    526 elf_kernel_reloc()
    527 {
    528 	const vaddr_t baseva = (vaddr_t)eif.ehdr;
    529 	vaddr_t secva, ent;
    530 	Elf_Sym *sym;
    531 	size_t i, j;
    532 
    533 	print_state(true, "ELF info created");
    534 
    535 	/*
    536 	 * The loaded sections are: SHT_PROGBITS, SHT_NOBITS, SHT_STRTAB,
    537 	 * SHT_SYMTAB.
    538 	 */
    539 
    540 	/*
    541 	 * Update all symbol values with the appropriate offset.
    542 	 */
    543 	for (i = 0; i < eif.ehdr->e_shnum; i++) {
    544 		if (eif.shdr[i].sh_type != SHT_NOBITS &&
    545 		    eif.shdr[i].sh_type != SHT_PROGBITS) {
    546 			continue;
    547 		}
    548 		secva = baseva + eif.shdr[i].sh_offset;
    549 		for (j = 0; j < eif.symcnt; j++) {
    550 			sym = &eif.symtab[j];
    551 			if (sym->st_shndx != i) {
    552 				continue;
    553 			}
    554 			sym->st_value += (Elf_Addr)secva;
    555 		}
    556 	}
    557 
    558 	print_state(true, "Symbol values updated");
    559 
    560 	/*
    561 	 * Perform relocations without addend if there are any.
    562 	 */
    563 	for (i = 0; i < eif.ehdr->e_shnum; i++) {
    564 		Elf_Rel *reltab, *rel;
    565 		size_t secidx, nrel;
    566 		uintptr_t base;
    567 
    568 		if (eif.shdr[i].sh_type != SHT_REL)
    569 			continue;
    570 
    571 		reltab = (Elf_Rel *)((uint8_t *)eif.ehdr + eif.shdr[i].sh_offset);
    572 		nrel = eif.shdr[i].sh_size / sizeof(Elf_Rel);
    573 
    574 		secidx = eif.shdr[i].sh_info;
    575 		if (secidx >= eif.ehdr->e_shnum) {
    576 			fatal("elf_kernel_reloc: wrong REL relocation");
    577 		}
    578 		base = (uintptr_t)eif.ehdr + eif.shdr[secidx].sh_offset;
    579 
    580 		for (j = 0; j < nrel; j++) {
    581 			rel = &reltab[j];
    582 			elf_apply_reloc(base, rel, false);
    583 		}
    584 	}
    585 
    586 	print_state(true, "REL relocations applied");
    587 
    588 	/*
    589 	 * Perform relocations with addend if there are any.
    590 	 */
    591 	for (i = 0; i < eif.ehdr->e_shnum; i++) {
    592 		Elf_Rela *relatab, *rela;
    593 		size_t secidx, nrela;
    594 		uintptr_t base;
    595 
    596 		if (eif.shdr[i].sh_type != SHT_RELA)
    597 			continue;
    598 
    599 		relatab = (Elf_Rela *)((uint8_t *)eif.ehdr + eif.shdr[i].sh_offset);
    600 		nrela = eif.shdr[i].sh_size / sizeof(Elf_Rela);
    601 
    602 		secidx = eif.shdr[i].sh_info;
    603 		if (secidx >= eif.ehdr->e_shnum) {
    604 			fatal("elf_kernel_reloc: wrong RELA relocation");
    605 		}
    606 		base = (uintptr_t)eif.ehdr + eif.shdr[secidx].sh_offset;
    607 
    608 		for (j = 0; j < nrela; j++) {
    609 			rela = &relatab[j];
    610 			elf_apply_reloc(base, rela, true);
    611 		}
    612 	}
    613 
    614 	print_state(true, "RELA relocations applied");
    615 
    616 	/*
    617 	 * Get the entry point.
    618 	 */
    619 	ent = elf_get_entrypoint(&eif);
    620 	if (ent == 0) {
    621 		fatal("elf_kernel_reloc: entry point not found");
    622 	}
    623 
    624 	print_state(true, "Entry point found");
    625 
    626 	return ent;
    627 }
    628 
    629