// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
/*
 * entry_from_vm86.c - tests kernel entries from vm86 mode
 * Copyright (c) 2014-2015 Andrew Lutomirski
 *
 * This exercises a few paths that need to special-case vm86 mode.
 */

#define _GNU_SOURCE

#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <sys/signal.h>
#include <sys/ucontext.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <inttypes.h>
#include <sys/mman.h>
#include <err.h>
#include <stddef.h>
#include <stdbool.h>
#include <errno.h>
#include <sys/vm86.h>

#include "helpers.h"

static unsigned long load_addr = 0x10000;
static int nerrs = 0;

static sig_atomic_t got_signal;

static void sighandler(int sig, siginfo_t *info, void *ctx_void)
{
 ucontext_t *ctx = (ucontext_t*)ctx_void;

 if (ctx->uc_mcontext.gregs[REG_EFL] & X86_EFLAGS_VM ||
     (ctx->uc_mcontext.gregs[REG_CS] & 3) != 3) {
  printf("[FAIL]\tSignal frame should not reflect vm86 mode\n");
  nerrs++;
 }

 const char *signame;
 if (sig == SIGSEGV)
  signame = "SIGSEGV";
 else if (sig == SIGILL)
  signame = "SIGILL";
 else
  signame = "unexpected signal";

 printf("[INFO]\t%s: FLAGS = 0x%lx, CS = 0x%hx\n", signame,
        (unsigned long)ctx->uc_mcontext.gregs[REG_EFL],
        (unsigned short)ctx->uc_mcontext.gregs[REG_CS]);

 got_signal = 1;
}

asm (
 ".pushsection .rodata\n\t"
 ".type vmcode_bound, @object\n\t"
 "vmcode:\n\t"
 "vmcode_bound:\n\t"
 ".code16\n\t"
 "bound %ax, (2048)\n\t"
 "int3\n\t"
 "vmcode_sysenter:\n\t"
 "sysenter\n\t"
 "vmcode_syscall:\n\t"
 "syscall\n\t"
 "vmcode_sti:\n\t"
 "sti\n\t"
 "vmcode_int3:\n\t"
 "int3\n\t"
 "vmcode_int80:\n\t"
 "int $0x80\n\t"
 "vmcode_popf_hlt:\n\t"
 "push %ax\n\t"
 "popf\n\t"
 "hlt\n\t"
 "vmcode_umip:\n\t"
 /* addressing via displacements */
 "smsw (2052)\n\t"
 "sidt (2054)\n\t"
 "sgdt (2060)\n\t"
 /* addressing via registers */
 "mov $2066, %bx\n\t"
 "smsw (%bx)\n\t"
 "mov $2068, %bx\n\t"
 "sidt (%bx)\n\t"
 "mov $2074, %bx\n\t"
 "sgdt (%bx)\n\t"
 /* register operands, only for smsw */
 "smsw %ax\n\t"
 "mov %ax, (2080)\n\t"
 "int3\n\t"
 "vmcode_umip_str:\n\t"
 "str %eax\n\t"
 "vmcode_umip_sldt:\n\t"
 "sldt %eax\n\t"
 "int3\n\t"
 ".size vmcode, . - vmcode\n\t"
 "end_vmcode:\n\t"
 ".code32\n\t"
 ".popsection"
 );

extern unsigned char vmcode[], end_vmcode[];
extern unsigned char vmcode_bound[], vmcode_sysenter[], vmcode_syscall[],
 vmcode_sti[], vmcode_int3[], vmcode_int80[], vmcode_popf_hlt[],
 vmcode_umip[], vmcode_umip_str[], vmcode_umip_sldt[];

/* Returns false if the test was skipped. */
static bool do_test(struct vm86plus_struct *v86, unsigned long eip,
      unsigned int rettype, unsigned int retarg,
      const char *text)
{
 long ret;

 printf("[RUN]\t%s from vm86 mode\n", text);
 v86->regs.eip = eip;
 ret = vm86(VM86_ENTER, v86);

 if (ret == -1 && (errno == ENOSYS || errno == EPERM)) {
  printf("[SKIP]\tvm86 %s\n",
         errno == ENOSYS ? "not supported" : "not allowed");
  return false;
 }

 if (VM86_TYPE(ret) == VM86_INTx) {
  char trapname[32];
  int trapno = VM86_ARG(ret);
  if (trapno == 13)
   strcpy(trapname, "GP");
  else if (trapno == 5)
   strcpy(trapname, "BR");
  else if (trapno == 14)
   strcpy(trapname, "PF");
  else
   sprintf(trapname, "%d", trapno);

  printf("[INFO]\tExited vm86 mode due to #%s\n", trapname);
 } else if (VM86_TYPE(ret) == VM86_UNKNOWN) {
  printf("[INFO]\tExited vm86 mode due to unhandled GP fault\n");
 } else if (VM86_TYPE(ret) == VM86_TRAP) {
  printf("[INFO]\tExited vm86 mode due to a trap (arg=%ld)\n",
         VM86_ARG(ret));
 } else if (VM86_TYPE(ret) == VM86_SIGNAL) {
  printf("[INFO]\tExited vm86 mode due to a signal\n");
 } else if (VM86_TYPE(ret) == VM86_STI) {
  printf("[INFO]\tExited vm86 mode due to STI\n");
 } else {
  printf("[INFO]\tExited vm86 mode due to type %ld, arg %ld\n",
         VM86_TYPE(ret), VM86_ARG(ret));
 }

 if (rettype == -1 ||
     (VM86_TYPE(ret) == rettype && VM86_ARG(ret) == retarg)) {
  printf("[OK]\tReturned correctly\n");
 } else {
  printf("[FAIL]\tIncorrect return reason (started at eip = 0x%lx, ended at eip = 0x%lx)\n", eip, v86->regs.eip);
  nerrs++;
 }

 return true;
}

void do_umip_tests(struct vm86plus_struct *vm86, unsigned char *test_mem)
{
 struct table_desc {
  unsigned short limit;
  unsigned long base;
 } __attribute__((packed));

 /* Initialize variables with arbitrary values */
 struct table_desc gdt1 = { .base = 0x3c3c3c3c, .limit = 0x9999 };
 struct table_desc gdt2 = { .base = 0x1a1a1a1a, .limit = 0xaeae };
 struct table_desc idt1 = { .base = 0x7b7b7b7b, .limit = 0xf1f1 };
 struct table_desc idt2 = { .base = 0x89898989, .limit = 0x1313 };
 unsigned short msw1 = 0x1414, msw2 = 0x2525, msw3 = 3737;

 /* UMIP -- exit with INT3 unless kernel emulation did not trap #GP */
 do_test(vm86, vmcode_umip - vmcode, VM86_TRAP, 3, "UMIP tests");

 /* Results from displacement-only addressing */
 msw1 = *(unsigned short *)(test_mem + 2052);
 memcpy(&idt1, test_mem + 2054, sizeof(idt1));
 memcpy(&gdt1, test_mem + 2060, sizeof(gdt1));

 /* Results from register-indirect addressing */
 msw2 = *(unsigned short *)(test_mem + 2066);
 memcpy(&idt2, test_mem + 2068, sizeof(idt2));
 memcpy(&gdt2, test_mem + 2074, sizeof(gdt2));

 /* Results when using register operands */
 msw3 = *(unsigned short *)(test_mem + 2080);

 printf("[INFO]\tResult from SMSW:[0x%04x]\n", msw1);
 printf("[INFO]\tResult from SIDT: limit[0x%04x]base[0x%08lx]\n",
        idt1.limit, idt1.base);
 printf("[INFO]\tResult from SGDT: limit[0x%04x]base[0x%08lx]\n",
        gdt1.limit, gdt1.base);

 if (msw1 != msw2 || msw1 != msw3)
  printf("[FAIL]\tAll the results of SMSW should be the same.\n");
 else
  printf("[PASS]\tAll the results from SMSW are identical.\n");

 if (memcmp(&gdt1, &gdt2, sizeof(gdt1)))
  printf("[FAIL]\tAll the results of SGDT should be the same.\n");
 else
  printf("[PASS]\tAll the results from SGDT are identical.\n");

 if (memcmp(&idt1, &idt2, sizeof(idt1)))
  printf("[FAIL]\tAll the results of SIDT should be the same.\n");
 else
  printf("[PASS]\tAll the results from SIDT are identical.\n");

 sethandler(SIGILL, sighandler, 0);
 do_test(vm86, vmcode_umip_str - vmcode, VM86_SIGNAL, 0,
  "STR instruction");
 clearhandler(SIGILL);

 sethandler(SIGILL, sighandler, 0);
 do_test(vm86, vmcode_umip_sldt - vmcode, VM86_SIGNAL, 0,
  "SLDT instruction");
 clearhandler(SIGILL);
}

int main(void)
{
 struct vm86plus_struct v86;
 unsigned char *addr = mmap((void *)load_addr, 4096,
       PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC,
       MAP_ANONYMOUS | MAP_PRIVATE, -1,0);
 if (addr != (unsigned char *)load_addr)
  err(1, "mmap");

 memcpy(addr, vmcode, end_vmcode - vmcode);
 addr[2048] = 2;
 addr[2050] = 3;

 memset(&v86, 0, sizeof(v86));

 v86.regs.cs = load_addr / 16;
 v86.regs.ss = load_addr / 16;
 v86.regs.ds = load_addr / 16;
 v86.regs.es = load_addr / 16;

 /* Use the end of the page as our stack. */
 v86.regs.esp = 4096;

 assert((v86.regs.cs & 3) == 0); /* Looks like RPL = 0 */

 /* #BR -- should deliver SIG??? */
 do_test(&v86, vmcode_bound - vmcode, VM86_INTx, 5, "#BR");

 /*
  * SYSENTER -- should cause #GP or #UD depending on CPU.
  * Expected return type -1 means that we shouldn't validate
  * the vm86 return value.  This will avoid problems on non-SEP
  * CPUs.
 */
 sethandler(SIGILL, sighandler, 0);
 do_test(&v86, vmcode_sysenter - vmcode, -1, 0, "SYSENTER");
 clearhandler(SIGILL);

 /*
  * SYSCALL would be a disaster in VM86 mode.  Fortunately,
  * there is no kernel that both enables SYSCALL and sets
  * EFER.SCE, so it's #UD on all systems.  But vm86 is
  * buggy (or has a "feature"), so the SIGILL will actually
  * be delivered.
 */
 sethandler(SIGILL, sighandler, 0);
 do_test(&v86, vmcode_syscall - vmcode, VM86_SIGNAL, 0, "SYSCALL");
 clearhandler(SIGILL);

 /* STI with VIP set */
 v86.regs.eflags |= X86_EFLAGS_VIP;
 v86.regs.eflags &= ~X86_EFLAGS_IF;
 do_test(&v86, vmcode_sti - vmcode, VM86_STI, 0, "STI with VIP set");

 /* POPF with VIP set but IF clear: should not trap */
 v86.regs.eflags = X86_EFLAGS_VIP;
 v86.regs.eax = 0;
 do_test(&v86, vmcode_popf_hlt - vmcode, VM86_UNKNOWN, 0, "POPF with VIP set and IF clear");

 /* POPF with VIP set and IF set: should trap */
 v86.regs.eflags = X86_EFLAGS_VIP;
 v86.regs.eax = X86_EFLAGS_IF;
 do_test(&v86, vmcode_popf_hlt - vmcode, VM86_STI, 0, "POPF with VIP and IF set");

 /* POPF with VIP clear and IF set: should not trap */
 v86.regs.eflags = 0;
 v86.regs.eax = X86_EFLAGS_IF;
 do_test(&v86, vmcode_popf_hlt - vmcode, VM86_UNKNOWN, 0, "POPF with VIP clear and IF set");

 v86.regs.eflags = 0;

 /* INT3 -- should cause #BP */
 do_test(&v86, vmcode_int3 - vmcode, VM86_TRAP, 3, "INT3");

 /* INT80 -- should exit with "INTx 0x80" */
 v86.regs.eax = (unsigned int)-1;
 do_test(&v86, vmcode_int80 - vmcode, VM86_INTx, 0x80, "int80");

 /* UMIP -- should exit with INTx 0x80 unless UMIP was not disabled */
 do_umip_tests(&v86, addr);

 /* Execute a null pointer */
 v86.regs.cs = 0;
 v86.regs.ss = 0;
 sethandler(SIGSEGV, sighandler, 0);
 got_signal = 0;
 if (do_test(&v86, 0, VM86_SIGNAL, 0, "Execute null pointer") &&
     !got_signal) {
  printf("[FAIL]\tDid not receive SIGSEGV\n");
  nerrs++;
 }
 clearhandler(SIGSEGV);

 /* Make sure nothing explodes if we fork. */
 if (fork() == 0)
  return 0;

 return (nerrs == 0 ? 0 : 1);
}