Quelle  insn.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
/*
 * x86 instruction analysis
 *
 * Copyright (C) IBM Corporation, 2002, 2004, 2009
 */

#include <linux/kernel.h>
#ifdef __KERNEL__
#include <linux/string.h>
#else
#include <string.h>
#endif
#include <asm/inat.h> /*__ignore_sync_check__ */
#include <asm/insn.h> /* __ignore_sync_check__ */
#include <linux/unaligned.h> /* __ignore_sync_check__ */

#include <linux/errno.h>
#include <linux/kconfig.h>

#include <asm/emulate_prefix.h> /* __ignore_sync_check__ */

#define leXX_to_cpu(t, r)      \
({         \
 __typeof__(t) v;      \
 switch (sizeof(t)) {      \
 case 4: v = le32_to_cpu(r); break;    \
 case 2: v = le16_to_cpu(r); break;    \
 case 1: v = r; break;      \
 default:       \
  BUILD_BUG(); break;     \
 }        \
 v;        \
})

/* Verify next sizeof(t) bytes can be on the same instruction */
#define validate_next(t, insn, n) \
 ((insn)->next_byte + sizeof(t) + n <= (insn)->end_kaddr)

#define __get_next(t, insn) \
 ({ t r = get_unaligned((t *)(insn)->next_byte); (insn)->next_byte += sizeof(t); leXX_to_cpu(t, r); })

#define __peek_nbyte_next(t, insn, n) \
 ({ t r = get_unaligned((t *)(insn)->next_byte + n); leXX_to_cpu(t, r); })

#define get_next(t, insn) \
 ({ if (unlikely(!validate_next(t, insn, 0))) goto err_out; __get_next(t, insn); })

#define peek_nbyte_next(t, insn, n) \
 ({ if (unlikely(!validate_next(t, insn, n))) goto err_out; __peek_nbyte_next(t, insn, n); })

#define peek_next(t, insn) peek_nbyte_next(t, insn, 0)

/**
 * insn_init() - initialize struct insn
 * @insn: &struct insn to be initialized
 * @kaddr: address (in kernel memory) of instruction (or copy thereof)
 * @buf_len: length of the insn buffer at @kaddr
 * @x86_64: !0 for 64-bit kernel or 64-bit app
 */
void insn_init(struct insn *insn, const void *kaddr, int buf_len, int x86_64)
{
 /*
  * Instructions longer than MAX_INSN_SIZE (15 bytes) are invalid
  * even if the input buffer is long enough to hold them.
 */
 if (buf_len > MAX_INSN_SIZE)
  buf_len = MAX_INSN_SIZE;

 memset(insn, 0, sizeof(*insn));
 insn->kaddr = kaddr;
 insn->end_kaddr = kaddr + buf_len;
 insn->next_byte = kaddr;
 insn->x86_64 = x86_64;
 insn->opnd_bytes = 4;
 if (x86_64)
  insn->addr_bytes = 8;
 else
  insn->addr_bytes = 4;
}

static const insn_byte_t xen_prefix[] = { __XEN_EMULATE_PREFIX };
static const insn_byte_t kvm_prefix[] = { __KVM_EMULATE_PREFIX };

static int __insn_get_emulate_prefix(struct insn *insn,
         const insn_byte_t *prefix, size_t len)
{
 size_t i;

 for (i = 0; i < len; i++) {
  if (peek_nbyte_next(insn_byte_t, insn, i) != prefix[i])
   goto err_out;
 }

 insn->emulate_prefix_size = len;
 insn->next_byte += len;

 return 1;

err_out:
 return 0;
}

static void insn_get_emulate_prefix(struct insn *insn)
{
 if (__insn_get_emulate_prefix(insn, xen_prefix, sizeof(xen_prefix)))
  return;

 __insn_get_emulate_prefix(insn, kvm_prefix, sizeof(kvm_prefix));
}

/**
 * insn_get_prefixes - scan x86 instruction prefix bytes
 * @insn: &struct insn containing instruction
 *
 * Populates the @insn->prefixes bitmap, and updates @insn->next_byte
 * to point to the (first) opcode.  No effect if @insn->prefixes.got
 * is already set.
 *
 * * Returns:
 * 0:  on success
 * < 0: on error
 */
int insn_get_prefixes(struct insn *insn)
{
 struct insn_field *prefixes = &insn->prefixes;
 insn_attr_t attr;
 insn_byte_t b, lb;
 int i, nb;

 if (prefixes->got)
  return 0;

 insn_get_emulate_prefix(insn);

 nb = 0;
 lb = 0;
 b = peek_next(insn_byte_t, insn);
 attr = inat_get_opcode_attribute(b);
 while (inat_is_legacy_prefix(attr)) {
  /* Skip if same prefix */
  for (i = 0; i < nb; i++)
   if (prefixes->bytes[i] == b)
    goto found;
  if (nb == 4)
   /* Invalid instruction */
   break;
  prefixes->bytes[nb++] = b;
  if (inat_is_address_size_prefix(attr)) {
   /* address size switches 2/4 or 4/8 */
   if (insn->x86_64)
    insn->addr_bytes ^= 12;
   else
    insn->addr_bytes ^= 6;
  } else if (inat_is_operand_size_prefix(attr)) {
   /* oprand size switches 2/4 */
   insn->opnd_bytes ^= 6;
  }
found:
  prefixes->nbytes++;
  insn->next_byte++;
  lb = b;
  b = peek_next(insn_byte_t, insn);
  attr = inat_get_opcode_attribute(b);
 }
 /* Set the last prefix */
 if (lb && lb != insn->prefixes.bytes[3]) {
  if (unlikely(insn->prefixes.bytes[3])) {
   /* Swap the last prefix */
   b = insn->prefixes.bytes[3];
   for (i = 0; i < nb; i++)
    if (prefixes->bytes[i] == lb)
     insn_set_byte(prefixes, i, b);
  }
  insn_set_byte(&insn->prefixes, 3, lb);
 }

 /* Decode REX prefix */
 if (insn->x86_64) {
  b = peek_next(insn_byte_t, insn);
  attr = inat_get_opcode_attribute(b);
  if (inat_is_rex_prefix(attr)) {
   insn_field_set(&insn->rex_prefix, b, 1);
   insn->next_byte++;
   if (X86_REX_W(b))
    /* REX.W overrides opnd_size */
    insn->opnd_bytes = 8;
  } else if (inat_is_rex2_prefix(attr)) {
   insn_set_byte(&insn->rex_prefix, 0, b);
   b = peek_nbyte_next(insn_byte_t, insn, 1);
   insn_set_byte(&insn->rex_prefix, 1, b);
   insn->rex_prefix.nbytes = 2;
   insn->next_byte += 2;
   if (X86_REX_W(b))
    /* REX.W overrides opnd_size */
    insn->opnd_bytes = 8;
   insn->rex_prefix.got = 1;
   goto vex_end;
  }
 }
 insn->rex_prefix.got = 1;

 /* Decode VEX prefix */
 b = peek_next(insn_byte_t, insn);
 attr = inat_get_opcode_attribute(b);
 if (inat_is_vex_prefix(attr)) {
  insn_byte_t b2 = peek_nbyte_next(insn_byte_t, insn, 1);
  if (!insn->x86_64) {
   /*
    * In 32-bits mode, if the [7:6] bits (mod bits of
    * ModRM) on the second byte are not 11b, it is
    * LDS or LES or BOUND.
 */
   if (X86_MODRM_MOD(b2) != 3)
    goto vex_end;
  }
  insn_set_byte(&insn->vex_prefix, 0, b);
  insn_set_byte(&insn->vex_prefix, 1, b2);
  if (inat_is_evex_prefix(attr)) {
   b2 = peek_nbyte_next(insn_byte_t, insn, 2);
   insn_set_byte(&insn->vex_prefix, 2, b2);
   b2 = peek_nbyte_next(insn_byte_t, insn, 3);
   insn_set_byte(&insn->vex_prefix, 3, b2);
   insn->vex_prefix.nbytes = 4;
   insn->next_byte += 4;
   if (insn->x86_64 && X86_VEX_W(b2))
    /* VEX.W overrides opnd_size */
    insn->opnd_bytes = 8;
  } else if (inat_is_vex3_prefix(attr)) {
   b2 = peek_nbyte_next(insn_byte_t, insn, 2);
   insn_set_byte(&insn->vex_prefix, 2, b2);
   insn->vex_prefix.nbytes = 3;
   insn->next_byte += 3;
   if (insn->x86_64 && X86_VEX_W(b2))
    /* VEX.W overrides opnd_size */
    insn->opnd_bytes = 8;
  } else {
   /*
    * For VEX2, fake VEX3-like byte#2.
    * Makes it easier to decode vex.W, vex.vvvv,
    * vex.L and vex.pp. Masking with 0x7f sets vex.W == 0.
 */
   insn_set_byte(&insn->vex_prefix, 2, b2 & 0x7f);
   insn->vex_prefix.nbytes = 2;
   insn->next_byte += 2;
  }
 }
vex_end:
 insn->vex_prefix.got = 1;

 prefixes->got = 1;

 return 0;

err_out:
 return -ENODATA;
}

/**
 * insn_get_opcode - collect opcode(s)
 * @insn: &struct insn containing instruction
 *
 * Populates @insn->opcode, updates @insn->next_byte to point past the
 * opcode byte(s), and set @insn->attr (except for groups).
 * If necessary, first collects any preceding (prefix) bytes.
 * Sets @insn->opcode.value = opcode1.  No effect if @insn->opcode.got
 * is already 1.
 *
 * Returns:
 * 0:  on success
 * < 0: on error
 */
int insn_get_opcode(struct insn *insn)
{
 struct insn_field *opcode = &insn->opcode;
 int pfx_id, ret;
 insn_byte_t op;

 if (opcode->got)
  return 0;

 ret = insn_get_prefixes(insn);
 if (ret)
  return ret;

 /* Get first opcode */
 op = get_next(insn_byte_t, insn);
 insn_set_byte(opcode, 0, op);
 opcode->nbytes = 1;

 /* Check if there is VEX prefix or not */
 if (insn_is_avx(insn)) {
  insn_byte_t m, p;
  m = insn_vex_m_bits(insn);
  p = insn_vex_p_bits(insn);
  insn->attr = inat_get_avx_attribute(op, m, p);
  /* SCALABLE EVEX uses p bits to encode operand size */
  if (inat_evex_scalable(insn->attr) && !insn_vex_w_bit(insn) &&
      p == INAT_PFX_OPNDSZ)
   insn->opnd_bytes = 2;
  if ((inat_must_evex(insn->attr) && !insn_is_evex(insn)) ||
      (!inat_accept_vex(insn->attr) &&
       !inat_is_group(insn->attr))) {
   /* This instruction is bad */
   insn->attr = 0;
   return -EINVAL;
  }
  /* VEX has only 1 byte for opcode */
  goto end;
 }

 /* Check if there is REX2 prefix or not */
 if (insn_is_rex2(insn)) {
  if (insn_rex2_m_bit(insn)) {
   /* map 1 is escape 0x0f */
   insn_attr_t esc_attr = inat_get_opcode_attribute(0x0f);

   pfx_id = insn_last_prefix_id(insn);
   insn->attr = inat_get_escape_attribute(op, pfx_id, esc_attr);
  } else {
   insn->attr = inat_get_opcode_attribute(op);
  }
  goto end;
 }

 insn->attr = inat_get_opcode_attribute(op);
 if (insn->x86_64 && inat_is_invalid64(insn->attr)) {
  /* This instruction is invalid, like UD2. Stop decoding. */
  insn->attr &= INAT_INV64;
 }

 while (inat_is_escape(insn->attr)) {
  /* Get escaped opcode */
  op = get_next(insn_byte_t, insn);
  opcode->bytes[opcode->nbytes++] = op;
  pfx_id = insn_last_prefix_id(insn);
  insn->attr = inat_get_escape_attribute(op, pfx_id, insn->attr);
 }

 if (inat_must_vex(insn->attr)) {
  /* This instruction is bad */
  insn->attr = 0;
  return -EINVAL;
 }

end:
 opcode->got = 1;
 return 0;

err_out:
 return -ENODATA;
}

/**
 * insn_get_modrm - collect ModRM byte, if any
 * @insn: &struct insn containing instruction
 *
 * Populates @insn->modrm and updates @insn->next_byte to point past the
 * ModRM byte, if any.  If necessary, first collects the preceding bytes
 * (prefixes and opcode(s)).  No effect if @insn->modrm.got is already 1.
 *
 * Returns:
 * 0:  on success
 * < 0: on error
 */
int insn_get_modrm(struct insn *insn)
{
 struct insn_field *modrm = &insn->modrm;
 insn_byte_t pfx_id, mod;
 int ret;

 if (modrm->got)
  return 0;

 ret = insn_get_opcode(insn);
 if (ret)
  return ret;

 if (inat_has_modrm(insn->attr)) {
  mod = get_next(insn_byte_t, insn);
  insn_field_set(modrm, mod, 1);
  if (inat_is_group(insn->attr)) {
   pfx_id = insn_last_prefix_id(insn);
   insn->attr = inat_get_group_attribute(mod, pfx_id,
             insn->attr);
   if (insn_is_avx(insn) && !inat_accept_vex(insn->attr)) {
    /* Bad insn */
    insn->attr = 0;
    return -EINVAL;
   }
  }
 }

 if (insn->x86_64 && inat_is_force64(insn->attr))
  insn->opnd_bytes = 8;

 modrm->got = 1;
 return 0;

err_out:
 return -ENODATA;
}


/**
 * insn_rip_relative() - Does instruction use RIP-relative addressing mode?
 * @insn: &struct insn containing instruction
 *
 * If necessary, first collects the instruction up to and including the
 * ModRM byte.  No effect if @insn->x86_64 is 0.
 */
int insn_rip_relative(struct insn *insn)
{
 struct insn_field *modrm = &insn->modrm;
 int ret;

 if (!insn->x86_64)
  return 0;

 ret = insn_get_modrm(insn);
 if (ret)
  return 0;
 /*
  * For rip-relative instructions, the mod field (top 2 bits)
  * is zero and the r/m field (bottom 3 bits) is 0x5.
 */
 return (modrm->nbytes && (modrm->bytes[0] & 0xc7) == 0x5);
}

/**
 * insn_get_sib() - Get the SIB byte of instruction
 * @insn: &struct insn containing instruction
 *
 * If necessary, first collects the instruction up to and including the
 * ModRM byte.
 *
 * Returns:
 * 0: if decoding succeeded
 * < 0: otherwise.
 */
int insn_get_sib(struct insn *insn)
{
 insn_byte_t modrm;
 int ret;

 if (insn->sib.got)
  return 0;

 ret = insn_get_modrm(insn);
 if (ret)
  return ret;

 if (insn->modrm.nbytes) {
  modrm = insn->modrm.bytes[0];
  if (insn->addr_bytes != 2 &&
      X86_MODRM_MOD(modrm) != 3 && X86_MODRM_RM(modrm) == 4) {
   insn_field_set(&insn->sib,
           get_next(insn_byte_t, insn), 1);
  }
 }
 insn->sib.got = 1;

 return 0;

err_out:
 return -ENODATA;
}


/**
 * insn_get_displacement() - Get the displacement of instruction
 * @insn: &struct insn containing instruction
 *
 * If necessary, first collects the instruction up to and including the
 * SIB byte.
 * Displacement value is sign-expanded.
 *
 * * Returns:
 * 0: if decoding succeeded
 * < 0: otherwise.
 */
int insn_get_displacement(struct insn *insn)
{
 insn_byte_t mod, rm, base;
 int ret;

 if (insn->displacement.got)
  return 0;

 ret = insn_get_sib(insn);
 if (ret)
  return ret;

 if (insn->modrm.nbytes) {
  /*
   * Interpreting the modrm byte:
   * mod = 00 - no displacement fields (exceptions below)
   * mod = 01 - 1-byte displacement field
   * mod = 10 - displacement field is 4 bytes, or 2 bytes if
   *  address size = 2 (0x67 prefix in 32-bit mode)
   * mod = 11 - no memory operand
   *
   * If address size = 2...
   * mod = 00, r/m = 110 - displacement field is 2 bytes
   *
   * If address size != 2...
   * mod != 11, r/m = 100 - SIB byte exists
   * mod = 00, SIB base = 101 - displacement field is 4 bytes
   * mod = 00, r/m = 101 - rip-relative addressing, displacement
   *  field is 4 bytes
 */
  mod = X86_MODRM_MOD(insn->modrm.value);
  rm = X86_MODRM_RM(insn->modrm.value);
  base = X86_SIB_BASE(insn->sib.value);
  if (mod == 3)
   goto out;
  if (mod == 1) {
   insn_field_set(&insn->displacement,
           get_next(signed char, insn), 1);
  } else if (insn->addr_bytes == 2) {
   if ((mod == 0 && rm == 6) || mod == 2) {
    insn_field_set(&insn->displacement,
            get_next(short, insn), 2);
   }
  } else {
   if ((mod == 0 && rm == 5) || mod == 2 ||
       (mod == 0 && base == 5)) {
    insn_field_set(&insn->displacement,
            get_next(int, insn), 4);
   }
  }
 }
out:
 insn->displacement.got = 1;
 return 0;

err_out:
 return -ENODATA;
}

/* Decode moffset16/32/64. Return 0 if failed */
static int __get_moffset(struct insn *insn)
{
 switch (insn->addr_bytes) {
 case 2:
  insn_field_set(&insn->moffset1, get_next(short, insn), 2);
  break;
 case 4:
  insn_field_set(&insn->moffset1, get_next(int, insn), 4);
  break;
 case 8:
  insn_field_set(&insn->moffset1, get_next(int, insn), 4);
  insn_field_set(&insn->moffset2, get_next(int, insn), 4);
  break;
 default: /* opnd_bytes must be modified manually */
  goto err_out;
 }
 insn->moffset1.got = insn->moffset2.got = 1;

 return 1;

err_out:
 return 0;
}

/* Decode imm v32(Iz). Return 0 if failed */
static int __get_immv32(struct insn *insn)
{
 switch (insn->opnd_bytes) {
 case 2:
  insn_field_set(&insn->immediate, get_next(short, insn), 2);
  break;
 case 4:
 case 8:
  insn_field_set(&insn->immediate, get_next(int, insn), 4);
  break;
 default: /* opnd_bytes must be modified manually */
  goto err_out;
 }

 return 1;

err_out:
 return 0;
}

/* Decode imm v64(Iv/Ov), Return 0 if failed */
static int __get_immv(struct insn *insn)
{
 switch (insn->opnd_bytes) {
 case 2:
  insn_field_set(&insn->immediate1, get_next(short, insn), 2);
  break;
 case 4:
  insn_field_set(&insn->immediate1, get_next(int, insn), 4);
  insn->immediate1.nbytes = 4;
  break;
 case 8:
  insn_field_set(&insn->immediate1, get_next(int, insn), 4);
  insn_field_set(&insn->immediate2, get_next(int, insn), 4);
  break;
 default: /* opnd_bytes must be modified manually */
  goto err_out;
 }
 insn->immediate1.got = insn->immediate2.got = 1;

 return 1;
err_out:
 return 0;
}

/* Decode ptr16:16/32(Ap) */
static int __get_immptr(struct insn *insn)
{
 switch (insn->opnd_bytes) {
 case 2:
  insn_field_set(&insn->immediate1, get_next(short, insn), 2);
  break;
 case 4:
  insn_field_set(&insn->immediate1, get_next(int, insn), 4);
  break;
 case 8:
  /* ptr16:64 is not exist (no segment) */
  return 0;
 default: /* opnd_bytes must be modified manually */
  goto err_out;
 }
 insn_field_set(&insn->immediate2, get_next(unsigned short, insn), 2);
 insn->immediate1.got = insn->immediate2.got = 1;

 return 1;
err_out:
 return 0;
}

/**
 * insn_get_immediate() - Get the immediate in an instruction
 * @insn: &struct insn containing instruction
 *
 * If necessary, first collects the instruction up to and including the
 * displacement bytes.
 * Basically, most of immediates are sign-expanded. Unsigned-value can be
 * computed by bit masking with ((1 << (nbytes * 8)) - 1)
 *
 * Returns:
 * 0:  on success
 * < 0: on error
 */
int insn_get_immediate(struct insn *insn)
{
 int ret;

 if (insn->immediate.got)
  return 0;

 ret = insn_get_displacement(insn);
 if (ret)
  return ret;

 if (inat_has_moffset(insn->attr)) {
  if (!__get_moffset(insn))
   goto err_out;
  goto done;
 }

 if (!inat_has_immediate(insn->attr))
  goto done;

 switch (inat_immediate_size(insn->attr)) {
 case INAT_IMM_BYTE:
  insn_field_set(&insn->immediate, get_next(signed char, insn), 1);
  break;
 case INAT_IMM_WORD:
  insn_field_set(&insn->immediate, get_next(short, insn), 2);
  break;
 case INAT_IMM_DWORD:
  insn_field_set(&insn->immediate, get_next(int, insn), 4);
  break;
 case INAT_IMM_QWORD:
  insn_field_set(&insn->immediate1, get_next(int, insn), 4);
  insn_field_set(&insn->immediate2, get_next(int, insn), 4);
  break;
 case INAT_IMM_PTR:
  if (!__get_immptr(insn))
   goto err_out;
  break;
 case INAT_IMM_VWORD32:
  if (!__get_immv32(insn))
   goto err_out;
  break;
 case INAT_IMM_VWORD:
  if (!__get_immv(insn))
   goto err_out;
  break;
 default:
  /* Here, insn must have an immediate, but failed */
  goto err_out;
 }
 if (inat_has_second_immediate(insn->attr)) {
  insn_field_set(&insn->immediate2, get_next(signed char, insn), 1);
 }
done:
 insn->immediate.got = 1;
 return 0;

err_out:
 return -ENODATA;
}

/**
 * insn_get_length() - Get the length of instruction
 * @insn: &struct insn containing instruction
 *
 * If necessary, first collects the instruction up to and including the
 * immediates bytes.
 *
 * Returns:
 *  - 0 on success
 *  - < 0 on error
*/
int insn_get_length(struct insn *insn)
{
 int ret;

 if (insn->length)
  return 0;

 ret = insn_get_immediate(insn);
 if (ret)
  return ret;

 insn->length = (unsigned char)((unsigned long)insn->next_byte
         - (unsigned long)insn->kaddr);

 return 0;
}

/* Ensure this instruction is decoded completely */
static inline int insn_complete(struct insn *insn)
{
 return insn->opcode.got && insn->modrm.got && insn->sib.got &&
  insn->displacement.got && insn->immediate.got;
}

/**
 * insn_decode() - Decode an x86 instruction
 * @insn: &struct insn to be initialized
 * @kaddr: address (in kernel memory) of instruction (or copy thereof)
 * @buf_len: length of the insn buffer at @kaddr
 * @m:  insn mode, see enum insn_mode
 *
 * Returns:
 * 0: if decoding succeeded
 * < 0: otherwise.
 */
int insn_decode(struct insn *insn, const void *kaddr, int buf_len, enum insn_mode m)
{
 int ret;

/* #define INSN_MODE_KERN -1 __ignore_sync_check__ mode is only valid in the kernel */

 if (m == INSN_MODE_KERN)
  insn_init(insn, kaddr, buf_len, IS_ENABLED(CONFIG_X86_64));
 else
  insn_init(insn, kaddr, buf_len, m == INSN_MODE_64);

 ret = insn_get_length(insn);
 if (ret)
  return ret;

 if (insn_complete(insn))
  return 0;

 return -EINVAL;
}