Quelle  report.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 * KCSAN reporting.
 *
 * Copyright (C) 2019, Google LLC.
 */

#include <linux/debug_locks.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/jiffies.h>
#include <linux/kallsyms.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/lockdep.h>
#include <linux/preempt.h>
#include <linux/printk.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/spinlock.h>
#include <linux/stacktrace.h>

#include "kcsan.h"
#include "encoding.h"

/*
 * Max. number of stack entries to show in the report.
 */
#define NUM_STACK_ENTRIES 64

/* Common access info. */
struct access_info {
 const volatile void *ptr;
 size_t   size;
 int   access_type;
 int   task_pid;
 int   cpu_id;
 unsigned long  ip;
};

/*
 * Other thread info: communicated from other racing thread to thread that set
 * up the watchpoint, which then prints the complete report atomically.
 */
struct other_info {
 struct access_info ai;
 unsigned long  stack_entries[NUM_STACK_ENTRIES];
 int   num_stack_entries;

 /*
 * Optionally pass @current. Typically we do not need to pass @current
 * via @other_info since just @task_pid is sufficient. Passing @current
 * has additional overhead.
 *
 * To safely pass @current, we must either use get_task_struct/
 * put_task_struct, or stall the thread that populated @other_info.
 *
 * We cannot rely on get_task_struct/put_task_struct in case
 * release_report() races with a task being released, and would have to
 * free it in release_report(). This may result in deadlock if we want
 * to use KCSAN on the allocators.
 *
 * Since we also want to reliably print held locks for
 * CONFIG_KCSAN_VERBOSE, the current implementation stalls the thread
 * that populated @other_info until it has been consumed.
 */
 struct task_struct *task;
};

/*
 * To never block any producers of struct other_info, we need as many elements
 * as we have watchpoints (upper bound on concurrent races to report).
 */
static struct other_info other_infos[CONFIG_KCSAN_NUM_WATCHPOINTS + NUM_SLOTS-1];

/*
 * Information about reported races; used to rate limit reporting.
 */
struct report_time {
 /*
 * The last time the race was reported.
 */
 unsigned long time;

 /*
 * The frames of the 2 threads; if only 1 thread is known, one frame
 * will be 0.
 */
 unsigned long frame1;
 unsigned long frame2;
};

/*
 * Since we also want to be able to debug allocators with KCSAN, to avoid
 * deadlock, report_times cannot be dynamically resized with krealloc in
 * rate_limit_report.
 *
 * Therefore, we use a fixed-size array, which at most will occupy a page. This
 * still adequately rate limits reports, assuming that a) number of unique data
 * races is not excessive, and b) occurrence of unique races within the
 * same time window is limited.
 */
#define REPORT_TIMES_MAX (PAGE_SIZE / sizeof(struct report_time))
#define REPORT_TIMES_SIZE                                                      \
 (CONFIG_KCSAN_REPORT_ONCE_IN_MS > REPORT_TIMES_MAX ?                   \
   REPORT_TIMES_MAX :                                            \
   CONFIG_KCSAN_REPORT_ONCE_IN_MS)
static struct report_time report_times[REPORT_TIMES_SIZE];

/*
 * Spinlock serializing report generation, and access to @other_infos. Although
 * it could make sense to have a finer-grained locking story for @other_infos,
 * report generation needs to be serialized either way, so not much is gained.
 */
static DEFINE_RAW_SPINLOCK(report_lock);

/*
 * Checks if the race identified by thread frames frame1 and frame2 has
 * been reported since (now - KCSAN_REPORT_ONCE_IN_MS).
 */
static bool rate_limit_report(unsigned long frame1, unsigned long frame2)
{
 struct report_time *use_entry = &report_times[0];
 unsigned long invalid_before;
 int i;

 BUILD_BUG_ON(CONFIG_KCSAN_REPORT_ONCE_IN_MS != 0 && REPORT_TIMES_SIZE == 0);

 if (CONFIG_KCSAN_REPORT_ONCE_IN_MS == 0)
  return false;

 invalid_before = jiffies - msecs_to_jiffies(CONFIG_KCSAN_REPORT_ONCE_IN_MS);

 /* Check if a matching race report exists. */
 for (i = 0; i < REPORT_TIMES_SIZE; ++i) {
  struct report_time *rt = &report_times[i];

  /*
 * Must always select an entry for use to store info as we
 * cannot resize report_times; at the end of the scan, use_entry
 * will be the oldest entry, which ideally also happened before
 * KCSAN_REPORT_ONCE_IN_MS ago.
 */
  if (time_before(rt->time, use_entry->time))
   use_entry = rt;

  /*
 * Initially, no need to check any further as this entry as well
 * as following entries have never been used.
 */
  if (rt->time == 0)
   break;

  /* Check if entry expired. */
  if (time_before(rt->time, invalid_before))
   continue; /* before KCSAN_REPORT_ONCE_IN_MS ago */

  /* Reported recently, check if race matches. */
  if ((rt->frame1 == frame1 && rt->frame2 == frame2) ||
      (rt->frame1 == frame2 && rt->frame2 == frame1))
   return true;
 }

 use_entry->time = jiffies;
 use_entry->frame1 = frame1;
 use_entry->frame2 = frame2;
 return false;
}

/*
 * Special rules to skip reporting.
 */
static bool
skip_report(enum kcsan_value_change value_change, unsigned long top_frame)
{
 /* Should never get here if value_change==FALSE. */
 WARN_ON_ONCE(value_change == KCSAN_VALUE_CHANGE_FALSE);

 /*
 * The first call to skip_report always has value_change==TRUE, since we
 * cannot know the value written of an instrumented access. For the 2nd
 * call there are 6 cases with CONFIG_KCSAN_REPORT_VALUE_CHANGE_ONLY:
 *
 * 1. read watchpoint, conflicting write (value_change==TRUE): report;
 * 2. read watchpoint, conflicting write (value_change==MAYBE): skip;
 * 3. write watchpoint, conflicting write (value_change==TRUE): report;
 * 4. write watchpoint, conflicting write (value_change==MAYBE): skip;
 * 5. write watchpoint, conflicting read (value_change==MAYBE): skip;
 * 6. write watchpoint, conflicting read (value_change==TRUE): report;
 *
 * Cases 1-4 are intuitive and expected; case 5 ensures we do not report
 * data races where the write may have rewritten the same value; case 6
 * is possible either if the size is larger than what we check value
 * changes for or the access type is KCSAN_ACCESS_ASSERT.
 */
 if (IS_ENABLED(CONFIG_KCSAN_REPORT_VALUE_CHANGE_ONLY) &&
     value_change == KCSAN_VALUE_CHANGE_MAYBE) {
  /*
 * The access is a write, but the data value did not change.
 *
 * We opt-out of this filter for certain functions at request of
 * maintainers.
 */
  char buf[64];
  int len = scnprintf(buf, sizeof(buf), "%ps", (void *)top_frame);

  if (!strnstr(buf, "rcu_", len) &&
      !strnstr(buf, "_rcu", len) &&
      !strnstr(buf, "_srcu", len))
   return true;
 }

 return kcsan_skip_report_debugfs(top_frame);
}

static const char *get_access_type(int type)
{
 if (type & KCSAN_ACCESS_ASSERT) {
  if (type & KCSAN_ACCESS_SCOPED) {
   if (type & KCSAN_ACCESS_WRITE)
    return "assert no accesses (reordered)";
   else
    return "assert no writes (reordered)";
  } else {
   if (type & KCSAN_ACCESS_WRITE)
    return "assert no accesses";
   else
    return "assert no writes";
  }
 }

 switch (type) {
 case 0:
  return "read";
 case KCSAN_ACCESS_ATOMIC:
  return "read (marked)";
 case KCSAN_ACCESS_WRITE:
  return "write";
 case KCSAN_ACCESS_WRITE | KCSAN_ACCESS_ATOMIC:
  return "write (marked)";
 case KCSAN_ACCESS_COMPOUND | KCSAN_ACCESS_WRITE:
  return "read-write";
 case KCSAN_ACCESS_COMPOUND | KCSAN_ACCESS_WRITE | KCSAN_ACCESS_ATOMIC:
  return "read-write (marked)";
 case KCSAN_ACCESS_SCOPED:
  return "read (reordered)";
 case KCSAN_ACCESS_SCOPED | KCSAN_ACCESS_ATOMIC:
  return "read (marked, reordered)";
 case KCSAN_ACCESS_SCOPED | KCSAN_ACCESS_WRITE:
  return "write (reordered)";
 case KCSAN_ACCESS_SCOPED | KCSAN_ACCESS_WRITE | KCSAN_ACCESS_ATOMIC:
  return "write (marked, reordered)";
 case KCSAN_ACCESS_SCOPED | KCSAN_ACCESS_COMPOUND | KCSAN_ACCESS_WRITE:
  return "read-write (reordered)";
 case KCSAN_ACCESS_SCOPED | KCSAN_ACCESS_COMPOUND | KCSAN_ACCESS_WRITE | KCSAN_ACCESS_ATOMIC:
  return "read-write (marked, reordered)";
 default:
  BUG();
 }
}

static const char *get_bug_type(int type)
{
 return (type & KCSAN_ACCESS_ASSERT) != 0 ? "assert: race" : "data-race";
}

/* Return thread description: in task or interrupt. */
static const char *get_thread_desc(int task_id)
{
 if (task_id != -1) {
  static char buf[32]; /* safe: protected by report_lock */

  snprintf(buf, sizeof(buf), "task %i", task_id);
  return buf;
 }
 return "interrupt";
}

/* Helper to skip KCSAN-related functions in stack-trace. */
static int get_stack_skipnr(const unsigned long stack_entries[], int num_entries)
{
 char buf[64];
 char *cur;
 int len, skip;

 for (skip = 0; skip < num_entries; ++skip) {
  len = scnprintf(buf, sizeof(buf), "%ps", (void *)stack_entries[skip]);

  /* Never show tsan_* or {read,write}_once_size. */
  if (strnstr(buf, "tsan_", len) ||
      strnstr(buf, "_once_size", len))
   continue;

  cur = strnstr(buf, "kcsan_", len);
  if (cur) {
   cur += strlen("kcsan_");
   if (!str_has_prefix(cur, "test"))
    continue; /* KCSAN runtime function. */
   /* KCSAN related test. */
  }

  /*
 * No match for runtime functions -- @skip entries to skip to
 * get to first frame of interest.
 */
  break;
 }

 return skip;
}

/*
 * Skips to the first entry that matches the function of @ip, and then replaces
 * that entry with @ip, returning the entries to skip with @replaced containing
 * the replaced entry.
 */
static int
replace_stack_entry(unsigned long stack_entries[], int num_entries, unsigned long ip,
      unsigned long *replaced)
{
 unsigned long symbolsize, offset;
 unsigned long target_func;
 int skip;

 if (kallsyms_lookup_size_offset(ip, &symbolsize, &offset))
  target_func = ip - offset;
 else
  goto fallback;

 for (skip = 0; skip < num_entries; ++skip) {
  unsigned long func = stack_entries[skip];

  if (!kallsyms_lookup_size_offset(func, &symbolsize, &offset))
   goto fallback;
  func -= offset;

  if (func == target_func) {
   *replaced = stack_entries[skip];
   stack_entries[skip] = ip;
   return skip;
  }
 }

fallback:
 /* Should not happen; the resulting stack trace is likely misleading. */
 WARN_ONCE(1, "Cannot find frame for %pS in stack trace", (void *)ip);
 return get_stack_skipnr(stack_entries, num_entries);
}

static int
sanitize_stack_entries(unsigned long stack_entries[], int num_entries, unsigned long ip,
         unsigned long *replaced)
{
 return ip ? replace_stack_entry(stack_entries, num_entries, ip, replaced) :
     get_stack_skipnr(stack_entries, num_entries);
}

/* Compares symbolized strings of addr1 and addr2. */
static int sym_strcmp(void *addr1, void *addr2)
{
 char buf1[64];
 char buf2[64];

 snprintf(buf1, sizeof(buf1), "%pS", addr1);
 snprintf(buf2, sizeof(buf2), "%pS", addr2);

 return strncmp(buf1, buf2, sizeof(buf1));
}

static void
print_stack_trace(unsigned long stack_entries[], int num_entries, unsigned long reordered_to)
{
 stack_trace_print(stack_entries, num_entries, 0);
 if (reordered_to)
  pr_err(" |\n +-> reordered to: %pS\n", (void *)reordered_to);
}

static void print_verbose_info(struct task_struct *task)
{
 if (!task)
  return;

 /* Restore IRQ state trace for printing. */
 kcsan_restore_irqtrace(task);

 pr_err("\n");
 debug_show_held_locks(task);
 print_irqtrace_events(task);
}

static void print_report(enum kcsan_value_change value_change,
    const struct access_info *ai,
    struct other_info *other_info,
    u64 old, u64 new, u64 mask)
{
 unsigned long reordered_to = 0;
 unsigned long stack_entries[NUM_STACK_ENTRIES] = { 0 };
 int num_stack_entries = stack_trace_save(stack_entries, NUM_STACK_ENTRIES, 1);
 int skipnr = sanitize_stack_entries(stack_entries, num_stack_entries, ai->ip, &reordered_to);
 unsigned long this_frame = stack_entries[skipnr];
 unsigned long other_reordered_to = 0;
 unsigned long other_frame = 0;
 int other_skipnr = 0; /* silence uninit warnings */

 /*
 * Must check report filter rules before starting to print.
 */
 if (skip_report(KCSAN_VALUE_CHANGE_TRUE, stack_entries[skipnr]))
  return;

 if (other_info) {
  other_skipnr = sanitize_stack_entries(other_info->stack_entries,
            other_info->num_stack_entries,
            other_info->ai.ip, &other_reordered_to);
  other_frame = other_info->stack_entries[other_skipnr];

  /* @value_change is only known for the other thread */
  if (skip_report(value_change, other_frame))
   return;
 }

 if (rate_limit_report(this_frame, other_frame))
  return;

 /* Print report header. */
 pr_err("==================================================================\n");
 if (other_info) {
  int cmp;

  /*
 * Order functions lexographically for consistent bug titles.
 * Do not print offset of functions to keep title short.
 */
  cmp = sym_strcmp((void *)other_frame, (void *)this_frame);
  pr_err("BUG: KCSAN: %s in %ps / %ps\n",
         get_bug_type(ai->access_type | other_info->ai.access_type),
         (void *)(cmp < 0 ? other_frame : this_frame),
         (void *)(cmp < 0 ? this_frame : other_frame));
 } else {
  pr_err("BUG: KCSAN: %s in %pS\n", get_bug_type(ai->access_type),
         (void *)this_frame);
 }

 pr_err("\n");

 /* Print information about the racing accesses. */
 if (other_info) {
  pr_err("%s to 0x%px of %zu bytes by %s on cpu %i:\n",
         get_access_type(other_info->ai.access_type), other_info->ai.ptr,
         other_info->ai.size, get_thread_desc(other_info->ai.task_pid),
         other_info->ai.cpu_id);

  /* Print the other thread's stack trace. */
  print_stack_trace(other_info->stack_entries + other_skipnr,
      other_info->num_stack_entries - other_skipnr,
      other_reordered_to);
  if (IS_ENABLED(CONFIG_KCSAN_VERBOSE))
   print_verbose_info(other_info->task);

  pr_err("\n");
  pr_err("%s to 0x%px of %zu bytes by %s on cpu %i:\n",
         get_access_type(ai->access_type), ai->ptr, ai->size,
         get_thread_desc(ai->task_pid), ai->cpu_id);
 } else {
  pr_err("race at unknown origin, with %s to 0x%px of %zu bytes by %s on cpu %i:\n",
         get_access_type(ai->access_type), ai->ptr, ai->size,
         get_thread_desc(ai->task_pid), ai->cpu_id);
 }
 /* Print stack trace of this thread. */
 print_stack_trace(stack_entries + skipnr, num_stack_entries - skipnr, reordered_to);
 if (IS_ENABLED(CONFIG_KCSAN_VERBOSE))
  print_verbose_info(current);

 /* Print observed value change. */
 if (ai->size <= 8) {
  int hex_len = ai->size * 2;
  u64 diff = old ^ new;

  if (mask)
   diff &= mask;
  if (diff) {
   pr_err("\n");
   pr_err("value changed: 0x%0*llx -> 0x%0*llx\n",
          hex_len, old, hex_len, new);
   if (mask) {
    pr_err(" bits changed: 0x%0*llx with mask 0x%0*llx\n",
           hex_len, diff, hex_len, mask);
   }
  }
 }

 /* Print report footer. */
 pr_err("\n");
 pr_err("Reported by Kernel Concurrency Sanitizer on:\n");
 dump_stack_print_info(KERN_DEFAULT);
 pr_err("==================================================================\n");

 check_panic_on_warn("KCSAN");
}

static void release_report(unsigned long *flags, struct other_info *other_info)
{
 /*
 * Use size to denote valid/invalid, since KCSAN entirely ignores
 * 0-sized accesses.
 */
 other_info->ai.size = 0;
 raw_spin_unlock_irqrestore(&report_lock, *flags);
}

/*
 * Sets @other_info->task and awaits consumption of @other_info.
 *
 * Precondition: report_lock is held.
 * Postcondition: report_lock is held.
 */
static void set_other_info_task_blocking(unsigned long *flags,
      const struct access_info *ai,
      struct other_info *other_info)
{
 /*
 * We may be instrumenting a code-path where current->state is already
 * something other than TASK_RUNNING.
 */
 const bool is_running = task_is_running(current);
 /*
 * To avoid deadlock in case we are in an interrupt here and this is a
 * race with a task on the same CPU (KCSAN_INTERRUPT_WATCHER), provide a
 * timeout to ensure this works in all contexts.
 *
 * Await approximately the worst case delay of the reporting thread (if
 * we are not interrupted).
 */
 int timeout = max(kcsan_udelay_task, kcsan_udelay_interrupt);

 other_info->task = current;
 do {
  if (is_running) {
   /*
 * Let lockdep know the real task is sleeping, to print
 * the held locks (recall we turned lockdep off, so
 * locking/unlocking @report_lock won't be recorded).
 */
   set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
  }
  raw_spin_unlock_irqrestore(&report_lock, *flags);
  /*
 * We cannot call schedule() since we also cannot reliably
 * determine if sleeping here is permitted -- see in_atomic().
 */

  udelay(1);
  raw_spin_lock_irqsave(&report_lock, *flags);
  if (timeout-- < 0) {
   /*
 * Abort. Reset @other_info->task to NULL, since it
 * appears the other thread is still going to consume
 * it. It will result in no verbose info printed for
 * this task.
 */
   other_info->task = NULL;
   break;
  }
  /*
 * If invalid, or @ptr nor @current matches, then @other_info
 * has been consumed and we may continue. If not, retry.
 */
 } while (other_info->ai.size && other_info->ai.ptr == ai->ptr &&
   other_info->task == current);
 if (is_running)
  set_current_state(TASK_RUNNING);
}

/* Populate @other_info; requires that the provided @other_info not in use. */
static void prepare_report_producer(unsigned long *flags,
        const struct access_info *ai,
        struct other_info *other_info)
{
 raw_spin_lock_irqsave(&report_lock, *flags);

 /*
 * The same @other_infos entry cannot be used concurrently, because
 * there is a one-to-one mapping to watchpoint slots (@watchpoints in
 * core.c), and a watchpoint is only released for reuse after reporting
 * is done by the consumer of @other_info. Therefore, it is impossible
 * for another concurrent prepare_report_producer() to set the same
 * @other_info, and are guaranteed exclusivity for the @other_infos
 * entry pointed to by @other_info.
 *
 * To check this property holds, size should never be non-zero here,
 * because every consumer of struct other_info resets size to 0 in
 * release_report().
 */
 WARN_ON(other_info->ai.size);

 other_info->ai = *ai;
 other_info->num_stack_entries = stack_trace_save(other_info->stack_entries, NUM_STACK_ENTRIES, 2);

 if (IS_ENABLED(CONFIG_KCSAN_VERBOSE))
  set_other_info_task_blocking(flags, ai, other_info);

 raw_spin_unlock_irqrestore(&report_lock, *flags);
}

/* Awaits producer to fill @other_info and then returns. */
static bool prepare_report_consumer(unsigned long *flags,
        const struct access_info *ai,
        struct other_info *other_info)
{

 raw_spin_lock_irqsave(&report_lock, *flags);
 while (!other_info->ai.size) { /* Await valid @other_info. */
  raw_spin_unlock_irqrestore(&report_lock, *flags);
  cpu_relax();
  raw_spin_lock_irqsave(&report_lock, *flags);
 }

 /* Should always have a matching access based on watchpoint encoding. */
 if (WARN_ON(!matching_access((unsigned long)other_info->ai.ptr & WATCHPOINT_ADDR_MASK, other_info->ai.size,
         (unsigned long)ai->ptr & WATCHPOINT_ADDR_MASK, ai->size)))
  goto discard;

 if (!matching_access((unsigned long)other_info->ai.ptr, other_info->ai.size,
        (unsigned long)ai->ptr, ai->size)) {
  /*
 * If the actual accesses to not match, this was a false
 * positive due to watchpoint encoding.
 */
  atomic_long_inc(&kcsan_counters[KCSAN_COUNTER_ENCODING_FALSE_POSITIVES]);
  goto discard;
 }

 return true;

discard:
 release_report(flags, other_info);
 return false;
}

static struct access_info prepare_access_info(const volatile void *ptr, size_t size,
           int access_type, unsigned long ip)
{
 return (struct access_info) {
  .ptr  = ptr,
  .size  = size,
  .access_type = access_type,
  .task_pid = in_task() ? task_pid_nr(current) : -1,
  .cpu_id  = raw_smp_processor_id(),
  /* Only replace stack entry with @ip if scoped access. */
  .ip  = (access_type & KCSAN_ACCESS_SCOPED) ? ip : 0,
 };
}

void kcsan_report_set_info(const volatile void *ptr, size_t size, int access_type,
      unsigned long ip, int watchpoint_idx)
{
 const struct access_info ai = prepare_access_info(ptr, size, access_type, ip);
 unsigned long flags;

 kcsan_disable_current();
 lockdep_off(); /* See kcsan_report_known_origin(). */

 prepare_report_producer(&flags, &ai, &other_infos[watchpoint_idx]);

 lockdep_on();
 kcsan_enable_current();
}

void kcsan_report_known_origin(const volatile void *ptr, size_t size, int access_type,
          unsigned long ip, enum kcsan_value_change value_change,
          int watchpoint_idx, u64 old, u64 new, u64 mask)
{
 const struct access_info ai = prepare_access_info(ptr, size, access_type, ip);
 struct other_info *other_info = &other_infos[watchpoint_idx];
 unsigned long flags = 0;

 kcsan_disable_current();
 /*
 * Because we may generate reports when we're in scheduler code, the use
 * of printk() could deadlock. Until such time that all printing code
 * called in print_report() is scheduler-safe, accept the risk, and just
 * get our message out. As such, also disable lockdep to hide the
 * warning, and avoid disabling lockdep for the rest of the kernel.
 */
 lockdep_off();

 if (!prepare_report_consumer(&flags, &ai, other_info))
  goto out;
 /*
 * Never report if value_change is FALSE, only when it is
 * either TRUE or MAYBE. In case of MAYBE, further filtering may
 * be done once we know the full stack trace in print_report().
 */
 if (value_change != KCSAN_VALUE_CHANGE_FALSE)
  print_report(value_change, &ai, other_info, old, new, mask);

 release_report(&flags, other_info);
out:
 lockdep_on();
 kcsan_enable_current();
}

void kcsan_report_unknown_origin(const volatile void *ptr, size_t size, int access_type,
     unsigned long ip, u64 old, u64 new, u64 mask)
{
 const struct access_info ai = prepare_access_info(ptr, size, access_type, ip);
 unsigned long flags;

 kcsan_disable_current();
 lockdep_off(); /* See kcsan_report_known_origin(). */

 raw_spin_lock_irqsave(&report_lock, flags);
 print_report(KCSAN_VALUE_CHANGE_TRUE, &ai, NULL, old, new, mask);
 raw_spin_unlock_irqrestore(&report_lock, flags);

 lockdep_on();
 kcsan_enable_current();
}