SSL rseq.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
/*
 * Restartable sequences system call
 *
 * Copyright (C) 2015, Google, Inc.,
 * Paul Turner <pjt@google.com> and Andrew Hunter <ahh@google.com>
 * Copyright (C) 2015-2018, EfficiOS Inc.,
 * Mathieu Desnoyers <mathieu.desnoyers@efficios.com>
 */

#include <linux/sched.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/syscalls.h>
#include <linux/rseq.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/ratelimit.h>
#include <asm/ptrace.h>

#define CREATE_TRACE_POINTS
#include <trace/events/rseq.h>

/* The original rseq structure size (including padding) is 32 bytes. */
#define ORIG_RSEQ_SIZE  32

#define RSEQ_CS_NO_RESTART_FLAGS (RSEQ_CS_FLAG_NO_RESTART_ON_PREEMPT | \
      RSEQ_CS_FLAG_NO_RESTART_ON_SIGNAL | \
      RSEQ_CS_FLAG_NO_RESTART_ON_MIGRATE)

#ifdef CONFIG_DEBUG_RSEQ
static struct rseq *rseq_kernel_fields(struct task_struct *t)
{
 return (struct rseq *) t->rseq_fields;
}

static int rseq_validate_ro_fields(struct task_struct *t)
{
 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(_rs,
          DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
          DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
 u32 cpu_id_start, cpu_id, node_id, mm_cid;
 struct rseq __user *rseq = t->rseq;

 /*
  * Validate fields which are required to be read-only by
  * user-space.
 */
 if (!user_read_access_begin(rseq, t->rseq_len))
  goto efault;
 unsafe_get_user(cpu_id_start, &rseq->cpu_id_start, efault_end);
 unsafe_get_user(cpu_id, &rseq->cpu_id, efault_end);
 unsafe_get_user(node_id, &rseq->node_id, efault_end);
 unsafe_get_user(mm_cid, &rseq->mm_cid, efault_end);
 user_read_access_end();

 if ((cpu_id_start != rseq_kernel_fields(t)->cpu_id_start ||
     cpu_id != rseq_kernel_fields(t)->cpu_id ||
     node_id != rseq_kernel_fields(t)->node_id ||
     mm_cid != rseq_kernel_fields(t)->mm_cid) && __ratelimit(&_rs)) {

  pr_warn("Detected rseq corruption for pid: %d, name: %s\n"
   "\tcpu_id_start: %u ?= %u\n"
   "\tcpu_id:       %u ?= %u\n"
   "\tnode_id:      %u ?= %u\n"
   "\tmm_cid:       %u ?= %u\n",
   t->pid, t->comm,
   cpu_id_start, rseq_kernel_fields(t)->cpu_id_start,
   cpu_id, rseq_kernel_fields(t)->cpu_id,
   node_id, rseq_kernel_fields(t)->node_id,
   mm_cid, rseq_kernel_fields(t)->mm_cid);
 }

 /* For now, only print a console warning on mismatch. */
 return 0;

efault_end:
 user_read_access_end();
efault:
 return -EFAULT;
}

/*
 * Update an rseq field and its in-kernel copy in lock-step to keep a coherent
 * state.
 */
#define rseq_unsafe_put_user(t, value, field, error_label)  \
 do {        \
  unsafe_put_user(value, &t->rseq->field, error_label); \
  rseq_kernel_fields(t)->field = value;   \
 } while (0)

#else
static int rseq_validate_ro_fields(struct task_struct *t)
{
 return 0;
}

#define rseq_unsafe_put_user(t, value, field, error_label)  \
 unsafe_put_user(value, &t->rseq->field, error_label)
#endif

/*
 *
 * Restartable sequences are a lightweight interface that allows
 * user-level code to be executed atomically relative to scheduler
 * preemption and signal delivery. Typically used for implementing
 * per-cpu operations.
 *
 * It allows user-space to perform update operations on per-cpu data
 * without requiring heavy-weight atomic operations.
 *
 * Detailed algorithm of rseq user-space assembly sequences:
 *
 *                     init(rseq_cs)
 *                     cpu = TLS->rseq::cpu_id_start
 *   [1]               TLS->rseq::rseq_cs = rseq_cs
 *   [start_ip]        ----------------------------
 *   [2]               if (cpu != TLS->rseq::cpu_id)
 *                             goto abort_ip;
 *   [3]               <last_instruction_in_cs>
 *   [post_commit_ip]  ----------------------------
 *
 *   The address of jump target abort_ip must be outside the critical
 *   region, i.e.:
 *
 *     [abort_ip] < [start_ip]  || [abort_ip] >= [post_commit_ip]
 *
 *   Steps [2]-[3] (inclusive) need to be a sequence of instructions in
 *   userspace that can handle being interrupted between any of those
 *   instructions, and then resumed to the abort_ip.
 *
 *   1.  Userspace stores the address of the struct rseq_cs assembly
 *       block descriptor into the rseq_cs field of the registered
 *       struct rseq TLS area. This update is performed through a single
 *       store within the inline assembly instruction sequence.
 *       [start_ip]
 *
 *   2.  Userspace tests to check whether the current cpu_id field match
 *       the cpu number loaded before start_ip, branching to abort_ip
 *       in case of a mismatch.
 *
 *       If the sequence is preempted or interrupted by a signal
 *       at or after start_ip and before post_commit_ip, then the kernel
 *       clears TLS->__rseq_abi::rseq_cs, and sets the user-space return
 *       ip to abort_ip before returning to user-space, so the preempted
 *       execution resumes at abort_ip.
 *
 *   3.  Userspace critical section final instruction before
 *       post_commit_ip is the commit. The critical section is
 *       self-terminating.
 *       [post_commit_ip]
 *
 *   4.  <success>
 *
 *   On failure at [2], or if interrupted by preempt or signal delivery
 *   between [1] and [3]:
 *
 *       [abort_ip]
 *   F1. <failure>
 */

static int rseq_update_cpu_node_id(struct task_struct *t)
{
 struct rseq __user *rseq = t->rseq;
 u32 cpu_id = raw_smp_processor_id();
 u32 node_id = cpu_to_node(cpu_id);
 u32 mm_cid = task_mm_cid(t);

 /*
  * Validate read-only rseq fields.
 */
 if (rseq_validate_ro_fields(t))
  goto efault;
 WARN_ON_ONCE((int) mm_cid < 0);
 if (!user_write_access_begin(rseq, t->rseq_len))
  goto efault;

 rseq_unsafe_put_user(t, cpu_id, cpu_id_start, efault_end);
 rseq_unsafe_put_user(t, cpu_id, cpu_id, efault_end);
 rseq_unsafe_put_user(t, node_id, node_id, efault_end);
 rseq_unsafe_put_user(t, mm_cid, mm_cid, efault_end);

 /*
  * Additional feature fields added after ORIG_RSEQ_SIZE
  * need to be conditionally updated only if
  * t->rseq_len != ORIG_RSEQ_SIZE.
 */
 user_write_access_end();
 trace_rseq_update(t);
 return 0;

efault_end:
 user_write_access_end();
efault:
 return -EFAULT;
}

static int rseq_reset_rseq_cpu_node_id(struct task_struct *t)
{
 struct rseq __user *rseq = t->rseq;
 u32 cpu_id_start = 0, cpu_id = RSEQ_CPU_ID_UNINITIALIZED, node_id = 0,
     mm_cid = 0;

 /*
  * Validate read-only rseq fields.
 */
 if (rseq_validate_ro_fields(t))
  goto efault;

 if (!user_write_access_begin(rseq, t->rseq_len))
  goto efault;

 /*
  * Reset all fields to their initial state.
  *
  * All fields have an initial state of 0 except cpu_id which is set to
  * RSEQ_CPU_ID_UNINITIALIZED, so that any user coming in after
  * unregistration can figure out that rseq needs to be registered
  * again.
 */
 rseq_unsafe_put_user(t, cpu_id_start, cpu_id_start, efault_end);
 rseq_unsafe_put_user(t, cpu_id, cpu_id, efault_end);
 rseq_unsafe_put_user(t, node_id, node_id, efault_end);
 rseq_unsafe_put_user(t, mm_cid, mm_cid, efault_end);

 /*
  * Additional feature fields added after ORIG_RSEQ_SIZE
  * need to be conditionally reset only if
  * t->rseq_len != ORIG_RSEQ_SIZE.
 */
 user_write_access_end();
 return 0;

efault_end:
 user_write_access_end();
efault:
 return -EFAULT;
}

/*
 * Get the user-space pointer value stored in the 'rseq_cs' field.
 */
static int rseq_get_rseq_cs_ptr_val(struct rseq __user *rseq, u64 *rseq_cs)
{
 if (!rseq_cs)
  return -EFAULT;

#ifdef CONFIG_64BIT
 if (get_user(*rseq_cs, &rseq->rseq_cs))
  return -EFAULT;
#else
 if (copy_from_user(rseq_cs, &rseq->rseq_cs, sizeof(*rseq_cs)))
  return -EFAULT;
#endif

 return 0;
}

/*
 * If the rseq_cs field of 'struct rseq' contains a valid pointer to
 * user-space, copy 'struct rseq_cs' from user-space and validate its fields.
 */
static int rseq_get_rseq_cs(struct task_struct *t, struct rseq_cs *rseq_cs)
{
 struct rseq_cs __user *urseq_cs;
 u64 ptr;
 u32 __user *usig;
 u32 sig;
 int ret;

 ret = rseq_get_rseq_cs_ptr_val(t->rseq, &ptr);
 if (ret)
  return ret;

 /* If the rseq_cs pointer is NULL, return a cleared struct rseq_cs. */
 if (!ptr) {
  memset(rseq_cs, 0, sizeof(*rseq_cs));
  return 0;
 }
 /* Check that the pointer value fits in the user-space process space. */
 if (ptr >= TASK_SIZE)
  return -EINVAL;
 urseq_cs = (struct rseq_cs __user *)(unsigned long)ptr;
 if (copy_from_user(rseq_cs, urseq_cs, sizeof(*rseq_cs)))
  return -EFAULT;

 if (rseq_cs->start_ip >= TASK_SIZE ||
     rseq_cs->start_ip + rseq_cs->post_commit_offset >= TASK_SIZE ||
     rseq_cs->abort_ip >= TASK_SIZE ||
     rseq_cs->version > 0)
  return -EINVAL;
 /* Check for overflow. */
 if (rseq_cs->start_ip + rseq_cs->post_commit_offset < rseq_cs->start_ip)
  return -EINVAL;
 /* Ensure that abort_ip is not in the critical section. */
 if (rseq_cs->abort_ip - rseq_cs->start_ip < rseq_cs->post_commit_offset)
  return -EINVAL;

 usig = (u32 __user *)(unsigned long)(rseq_cs->abort_ip - sizeof(u32));
 ret = get_user(sig, usig);
 if (ret)
  return ret;

 if (current->rseq_sig != sig) {
  printk_ratelimited(KERN_WARNING
   "Possible attack attempt. Unexpected rseq signature 0x%x, expecting 0x%x (pid=%d, addr=%p).\n",
   sig, current->rseq_sig, current->pid, usig);
  return -EINVAL;
 }
 return 0;
}

static bool rseq_warn_flags(const char *str, u32 flags)
{
 u32 test_flags;

 if (!flags)
  return false;
 test_flags = flags & RSEQ_CS_NO_RESTART_FLAGS;
 if (test_flags)
  pr_warn_once("Deprecated flags (%u) in %s ABI structure", test_flags, str);
 test_flags = flags & ~RSEQ_CS_NO_RESTART_FLAGS;
 if (test_flags)
  pr_warn_once("Unknown flags (%u) in %s ABI structure", test_flags, str);
 return true;
}

static int rseq_need_restart(struct task_struct *t, u32 cs_flags)
{
 u32 flags, event_mask;
 int ret;

 if (rseq_warn_flags("rseq_cs", cs_flags))
  return -EINVAL;

 /* Get thread flags. */
 ret = get_user(flags, &t->rseq->flags);
 if (ret)
  return ret;

 if (rseq_warn_flags("rseq", flags))
  return -EINVAL;

 /*
  * Load and clear event mask atomically with respect to
  * scheduler preemption and membarrier IPIs.
 */
 scoped_guard(RSEQ_EVENT_GUARD) {
  event_mask = t->rseq_event_mask;
  t->rseq_event_mask = 0;
 }

 return !!event_mask;
}

static int clear_rseq_cs(struct rseq __user *rseq)
{
 /*
  * The rseq_cs field is set to NULL on preemption or signal
  * delivery on top of rseq assembly block, as well as on top
  * of code outside of the rseq assembly block. This performs
  * a lazy clear of the rseq_cs field.
  *
  * Set rseq_cs to NULL.
 */
#ifdef CONFIG_64BIT
 return put_user(0UL, &rseq->rseq_cs);
#else
 if (clear_user(&rseq->rseq_cs, sizeof(rseq->rseq_cs)))
  return -EFAULT;
 return 0;
#endif
}

/*
 * Unsigned comparison will be true when ip >= start_ip, and when
 * ip < start_ip + post_commit_offset.
 */
static bool in_rseq_cs(unsigned long ip, struct rseq_cs *rseq_cs)
{
 return ip - rseq_cs->start_ip < rseq_cs->post_commit_offset;
}

static int rseq_ip_fixup(struct pt_regs *regs)
{
 unsigned long ip = instruction_pointer(regs);
 struct task_struct *t = current;
 struct rseq_cs rseq_cs;
 int ret;

 ret = rseq_get_rseq_cs(t, &rseq_cs);
 if (ret)
  return ret;

 /*
  * Handle potentially not being within a critical section.
  * If not nested over a rseq critical section, restart is useless.
  * Clear the rseq_cs pointer and return.
 */
 if (!in_rseq_cs(ip, &rseq_cs))
  return clear_rseq_cs(t->rseq);
 ret = rseq_need_restart(t, rseq_cs.flags);
 if (ret <= 0)
  return ret;
 ret = clear_rseq_cs(t->rseq);
 if (ret)
  return ret;
 trace_rseq_ip_fixup(ip, rseq_cs.start_ip, rseq_cs.post_commit_offset,
       rseq_cs.abort_ip);
 instruction_pointer_set(regs, (unsigned long)rseq_cs.abort_ip);
 return 0;
}

/*
 * This resume handler must always be executed between any of:
 * - preemption,
 * - signal delivery,
 * and return to user-space.
 *
 * This is how we can ensure that the entire rseq critical section
 * will issue the commit instruction only if executed atomically with
 * respect to other threads scheduled on the same CPU, and with respect
 * to signal handlers.
 */
void __rseq_handle_notify_resume(struct ksignal *ksig, struct pt_regs *regs)
{
 struct task_struct *t = current;
 int ret, sig;

 if (unlikely(t->flags & PF_EXITING))
  return;

 /*
  * regs is NULL if and only if the caller is in a syscall path.  Skip
  * fixup and leave rseq_cs as is so that rseq_sycall() will detect and
  * kill a misbehaving userspace on debug kernels.
 */
 if (regs) {
  ret = rseq_ip_fixup(regs);
  if (unlikely(ret < 0))
   goto error;
 }
 if (unlikely(rseq_update_cpu_node_id(t)))
  goto error;
 return;

error:
 sig = ksig ? ksig->sig : 0;
 force_sigsegv(sig);
}

#ifdef CONFIG_DEBUG_RSEQ

/*
 * Terminate the process if a syscall is issued within a restartable
 * sequence.
 */
void rseq_syscall(struct pt_regs *regs)
{
 unsigned long ip = instruction_pointer(regs);
 struct task_struct *t = current;
 struct rseq_cs rseq_cs;

 if (!t->rseq)
  return;
 if (rseq_get_rseq_cs(t, &rseq_cs) || in_rseq_cs(ip, &rseq_cs))
  force_sig(SIGSEGV);
}

#endif

/*
 * sys_rseq - setup restartable sequences for caller thread.
 */
SYSCALL_DEFINE4(rseq, struct rseq __user *, rseq, u32, rseq_len,
  int, flags, u32, sig)
{
 int ret;
 u64 rseq_cs;

 if (flags & RSEQ_FLAG_UNREGISTER) {
  if (flags & ~RSEQ_FLAG_UNREGISTER)
   return -EINVAL;
  /* Unregister rseq for current thread. */
  if (current->rseq != rseq || !current->rseq)
   return -EINVAL;
  if (rseq_len != current->rseq_len)
   return -EINVAL;
  if (current->rseq_sig != sig)
   return -EPERM;
  ret = rseq_reset_rseq_cpu_node_id(current);
  if (ret)
   return ret;
  current->rseq = NULL;
  current->rseq_sig = 0;
  current->rseq_len = 0;
  return 0;
 }

 if (unlikely(flags))
  return -EINVAL;

 if (current->rseq) {
  /*
   * If rseq is already registered, check whether
   * the provided address differs from the prior
   * one.
 */
  if (current->rseq != rseq || rseq_len != current->rseq_len)
   return -EINVAL;
  if (current->rseq_sig != sig)
   return -EPERM;
  /* Already registered. */
  return -EBUSY;
 }

 /*
  * If there was no rseq previously registered, ensure the provided rseq
  * is properly aligned, as communcated to user-space through the ELF
  * auxiliary vector AT_RSEQ_ALIGN. If rseq_len is the original rseq
  * size, the required alignment is the original struct rseq alignment.
  *
  * In order to be valid, rseq_len is either the original rseq size, or
  * large enough to contain all supported fields, as communicated to
  * user-space through the ELF auxiliary vector AT_RSEQ_FEATURE_SIZE.
 */
 if (rseq_len < ORIG_RSEQ_SIZE ||
     (rseq_len == ORIG_RSEQ_SIZE && !IS_ALIGNED((unsigned long)rseq, ORIG_RSEQ_SIZE)) ||
     (rseq_len != ORIG_RSEQ_SIZE && (!IS_ALIGNED((unsigned long)rseq, __alignof__(*rseq)) ||
         rseq_len < offsetof(struct rseq, end))))
  return -EINVAL;
 if (!access_ok(rseq, rseq_len))
  return -EFAULT;

 /*
  * If the rseq_cs pointer is non-NULL on registration, clear it to
  * avoid a potential segfault on return to user-space. The proper thing
  * to do would have been to fail the registration but this would break
  * older libcs that reuse the rseq area for new threads without
  * clearing the fields.
 */
 if (rseq_get_rseq_cs_ptr_val(rseq, &rseq_cs))
         return -EFAULT;
 if (rseq_cs && clear_rseq_cs(rseq))
  return -EFAULT;

#ifdef CONFIG_DEBUG_RSEQ
 /*
  * Initialize the in-kernel rseq fields copy for validation of
  * read-only fields.
 */
 if (get_user(rseq_kernel_fields(current)->cpu_id_start, &rseq->cpu_id_start) ||
     get_user(rseq_kernel_fields(current)->cpu_id, &rseq->cpu_id) ||
     get_user(rseq_kernel_fields(current)->node_id, &rseq->node_id) ||
     get_user(rseq_kernel_fields(current)->mm_cid, &rseq->mm_cid))
  return -EFAULT;
#endif
 /*
  * Activate the registration by setting the rseq area address, length
  * and signature in the task struct.
 */
 current->rseq = rseq;
 current->rseq_len = rseq_len;
 current->rseq_sig = sig;

 /*
  * If rseq was previously inactive, and has just been
  * registered, ensure the cpu_id_start and cpu_id fields
  * are updated before returning to user-space.
 */
 rseq_set_notify_resume(current);

 return 0;
}