Quelle  shadow.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 * This file contains KASAN runtime code that manages shadow memory for
 * generic and software tag-based KASAN modes.
 *
 * Copyright (c) 2014 Samsung Electronics Co., Ltd.
 * Author: Andrey Ryabinin <ryabinin.a.a@gmail.com>
 *
 * Some code borrowed from https://github.com/xairy/kasan-prototype by
 *        Andrey Konovalov <andreyknvl@gmail.com>
 */

#include <linux/init.h>
#include <linux/kasan.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/kfence.h>
#include <linux/kmemleak.h>
#include <linux/memory.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/vmalloc.h>

#include <asm/cacheflush.h>
#include <asm/tlbflush.h>

#include "kasan.h"

bool __kasan_check_read(const volatile void *p, unsigned int size)
{
 return kasan_check_range((void *)p, size, false, _RET_IP_);
}
EXPORT_SYMBOL(__kasan_check_read);

bool __kasan_check_write(const volatile void *p, unsigned int size)
{
 return kasan_check_range((void *)p, size, true, _RET_IP_);
}
EXPORT_SYMBOL(__kasan_check_write);

#if !defined(CONFIG_CC_HAS_KASAN_MEMINTRINSIC_PREFIX) && !defined(CONFIG_GENERIC_ENTRY)
/*
 * CONFIG_GENERIC_ENTRY relies on compiler emitted mem*() calls to not be
 * instrumented. KASAN enabled toolchains should emit __asan_mem*() functions
 * for the sites they want to instrument.
 *
 * If we have a compiler that can instrument meminstrinsics, never override
 * these, so that non-instrumented files can safely consider them as builtins.
 */
#undef memset
void *memset(void *addr, int c, size_t len)
{
 if (!kasan_check_range(addr, len, true, _RET_IP_))
  return NULL;

 return __memset(addr, c, len);
}

#ifdef __HAVE_ARCH_MEMMOVE
#undef memmove
void *memmove(void *dest, const void *src, size_t len)
{
 if (!kasan_check_range(src, len, false, _RET_IP_) ||
     !kasan_check_range(dest, len, true, _RET_IP_))
  return NULL;

 return __memmove(dest, src, len);
}
#endif

#undef memcpy
void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t len)
{
 if (!kasan_check_range(src, len, false, _RET_IP_) ||
     !kasan_check_range(dest, len, true, _RET_IP_))
  return NULL;

 return __memcpy(dest, src, len);
}
#endif

void *__asan_memset(void *addr, int c, ssize_t len)
{
 if (!kasan_check_range(addr, len, true, _RET_IP_))
  return NULL;

 return __memset(addr, c, len);
}
EXPORT_SYMBOL(__asan_memset);

#ifdef __HAVE_ARCH_MEMMOVE
void *__asan_memmove(void *dest, const void *src, ssize_t len)
{
 if (!kasan_check_range(src, len, false, _RET_IP_) ||
     !kasan_check_range(dest, len, true, _RET_IP_))
  return NULL;

 return __memmove(dest, src, len);
}
EXPORT_SYMBOL(__asan_memmove);
#endif

void *__asan_memcpy(void *dest, const void *src, ssize_t len)
{
 if (!kasan_check_range(src, len, false, _RET_IP_) ||
     !kasan_check_range(dest, len, true, _RET_IP_))
  return NULL;

 return __memcpy(dest, src, len);
}
EXPORT_SYMBOL(__asan_memcpy);

#ifdef CONFIG_KASAN_SW_TAGS
void *__hwasan_memset(void *addr, int c, ssize_t len) __alias(__asan_memset);
EXPORT_SYMBOL(__hwasan_memset);
#ifdef __HAVE_ARCH_MEMMOVE
void *__hwasan_memmove(void *dest, const void *src, ssize_t len) __alias(__asan_memmove);
EXPORT_SYMBOL(__hwasan_memmove);
#endif
void *__hwasan_memcpy(void *dest, const void *src, ssize_t len) __alias(__asan_memcpy);
EXPORT_SYMBOL(__hwasan_memcpy);
#endif

void kasan_poison(const void *addr, size_t size, u8 value, bool init)
{
 void *shadow_start, *shadow_end;

 if (!kasan_arch_is_ready())
  return;

 /*
 * Perform shadow offset calculation based on untagged address, as
 * some of the callers (e.g. kasan_poison_new_object) pass tagged
 * addresses to this function.
 */
 addr = kasan_reset_tag(addr);

 if (WARN_ON((unsigned long)addr & KASAN_GRANULE_MASK))
  return;
 if (WARN_ON(size & KASAN_GRANULE_MASK))
  return;

 shadow_start = kasan_mem_to_shadow(addr);
 shadow_end = kasan_mem_to_shadow(addr + size);

 __memset(shadow_start, value, shadow_end - shadow_start);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(kasan_poison);

#ifdef CONFIG_KASAN_GENERIC
void kasan_poison_last_granule(const void *addr, size_t size)
{
 if (!kasan_arch_is_ready())
  return;

 if (size & KASAN_GRANULE_MASK) {
  u8 *shadow = (u8 *)kasan_mem_to_shadow(addr + size);
  *shadow = size & KASAN_GRANULE_MASK;
 }
}
#endif

void kasan_unpoison(const void *addr, size_t size, bool init)
{
 u8 tag = get_tag(addr);

 /*
 * Perform shadow offset calculation based on untagged address, as
 * some of the callers (e.g. kasan_unpoison_new_object) pass tagged
 * addresses to this function.
 */
 addr = kasan_reset_tag(addr);

 if (WARN_ON((unsigned long)addr & KASAN_GRANULE_MASK))
  return;

 /* Unpoison all granules that cover the object. */
 kasan_poison(addr, round_up(size, KASAN_GRANULE_SIZE), tag, false);

 /* Partially poison the last granule for the generic mode. */
 if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC))
  kasan_poison_last_granule(addr, size);
}

#ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
static bool shadow_mapped(unsigned long addr)
{
 pgd_t *pgd = pgd_offset_k(addr);
 p4d_t *p4d;
 pud_t *pud;
 pmd_t *pmd;
 pte_t *pte;

 if (pgd_none(*pgd))
  return false;
 p4d = p4d_offset(pgd, addr);
 if (p4d_none(*p4d))
  return false;
 pud = pud_offset(p4d, addr);
 if (pud_none(*pud))
  return false;
 if (pud_leaf(*pud))
  return true;
 pmd = pmd_offset(pud, addr);
 if (pmd_none(*pmd))
  return false;
 if (pmd_leaf(*pmd))
  return true;
 pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 return !pte_none(ptep_get(pte));
}

static int __meminit kasan_mem_notifier(struct notifier_block *nb,
   unsigned long action, void *data)
{
 struct memory_notify *mem_data = data;
 unsigned long nr_shadow_pages, start_kaddr, shadow_start;
 unsigned long shadow_end, shadow_size;

 nr_shadow_pages = mem_data->nr_pages >> KASAN_SHADOW_SCALE_SHIFT;
 start_kaddr = (unsigned long)pfn_to_kaddr(mem_data->start_pfn);
 shadow_start = (unsigned long)kasan_mem_to_shadow((void *)start_kaddr);
 shadow_size = nr_shadow_pages << PAGE_SHIFT;
 shadow_end = shadow_start + shadow_size;

 if (WARN_ON(mem_data->nr_pages % KASAN_GRANULE_SIZE) ||
  WARN_ON(start_kaddr % KASAN_MEMORY_PER_SHADOW_PAGE))
  return NOTIFY_BAD;

 switch (action) {
 case MEM_GOING_ONLINE: {
  void *ret;

  /*
 * If shadow is mapped already than it must have been mapped
 * during the boot. This could happen if we onlining previously
 * offlined memory.
 */
  if (shadow_mapped(shadow_start))
   return NOTIFY_OK;

  ret = __vmalloc_node_range(shadow_size, PAGE_SIZE, shadow_start,
     shadow_end, GFP_KERNEL,
     PAGE_KERNEL, VM_NO_GUARD,
     pfn_to_nid(mem_data->start_pfn),
     __builtin_return_address(0));
  if (!ret)
   return NOTIFY_BAD;

  kmemleak_ignore(ret);
  return NOTIFY_OK;
 }
 case MEM_CANCEL_ONLINE:
 case MEM_OFFLINE: {
  struct vm_struct *vm;

  /*
 * shadow_start was either mapped during boot by kasan_init()
 * or during memory online by __vmalloc_node_range().
 * In the latter case we can use vfree() to free shadow.
 * Non-NULL result of the find_vm_area() will tell us if
 * that was the second case.
 *
 * Currently it's not possible to free shadow mapped
 * during boot by kasan_init(). It's because the code
 * to do that hasn't been written yet. So we'll just
 * leak the memory.
 */
  vm = find_vm_area((void *)shadow_start);
  if (vm)
   vfree((void *)shadow_start);
 }
 }

 return NOTIFY_OK;
}

static int __init kasan_memhotplug_init(void)
{
 hotplug_memory_notifier(kasan_mem_notifier, DEFAULT_CALLBACK_PRI);

 return 0;
}

core_initcall(kasan_memhotplug_init);
#endif

#ifdef CONFIG_KASAN_VMALLOC

void __init __weak kasan_populate_early_vm_area_shadow(void *start,
             unsigned long size)
{
}

struct vmalloc_populate_data {
 unsigned long start;
 struct page **pages;
};

static int kasan_populate_vmalloc_pte(pte_t *ptep, unsigned long addr,
          void *_data)
{
 struct vmalloc_populate_data *data = _data;
 struct page *page;
 pte_t pte;
 int index;

 arch_leave_lazy_mmu_mode();

 index = PFN_DOWN(addr - data->start);
 page = data->pages[index];
 __memset(page_to_virt(page), KASAN_VMALLOC_INVALID, PAGE_SIZE);
 pte = pfn_pte(page_to_pfn(page), PAGE_KERNEL);

 spin_lock(&init_mm.page_table_lock);
 if (likely(pte_none(ptep_get(ptep)))) {
  set_pte_at(&init_mm, addr, ptep, pte);
  data->pages[index] = NULL;
 }
 spin_unlock(&init_mm.page_table_lock);

 arch_enter_lazy_mmu_mode();

 return 0;
}

static void ___free_pages_bulk(struct page **pages, int nr_pages)
{
 int i;

 for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
  if (pages[i]) {
   __free_pages(pages[i], 0);
   pages[i] = NULL;
  }
 }
}

static int ___alloc_pages_bulk(struct page **pages, int nr_pages, gfp_t gfp_mask)
{
 unsigned long nr_populated, nr_total = nr_pages;
 struct page **page_array = pages;

 while (nr_pages) {
  nr_populated = alloc_pages_bulk(gfp_mask, nr_pages, pages);
  if (!nr_populated) {
   ___free_pages_bulk(page_array, nr_total - nr_pages);
   return -ENOMEM;
  }
  pages += nr_populated;
  nr_pages -= nr_populated;
 }

 return 0;
}

static int __kasan_populate_vmalloc(unsigned long start, unsigned long end, gfp_t gfp_mask)
{
 unsigned long nr_pages, nr_total = PFN_UP(end - start);
 struct vmalloc_populate_data data;
 unsigned int flags;
 int ret = 0;

 data.pages = (struct page **)__get_free_page(gfp_mask | __GFP_ZERO);
 if (!data.pages)
  return -ENOMEM;

 while (nr_total) {
  nr_pages = min(nr_total, PAGE_SIZE / sizeof(data.pages[0]));
  ret = ___alloc_pages_bulk(data.pages, nr_pages, gfp_mask);
  if (ret)
   break;

  data.start = start;

  /*
 * page tables allocations ignore external gfp mask, enforce it
 * by the scope API
 */
  if ((gfp_mask & (__GFP_FS | __GFP_IO)) == __GFP_IO)
   flags = memalloc_nofs_save();
  else if ((gfp_mask & (__GFP_FS | __GFP_IO)) == 0)
   flags = memalloc_noio_save();

  ret = apply_to_page_range(&init_mm, start, nr_pages * PAGE_SIZE,
       kasan_populate_vmalloc_pte, &data);

  if ((gfp_mask & (__GFP_FS | __GFP_IO)) == __GFP_IO)
   memalloc_nofs_restore(flags);
  else if ((gfp_mask & (__GFP_FS | __GFP_IO)) == 0)
   memalloc_noio_restore(flags);

  ___free_pages_bulk(data.pages, nr_pages);
  if (ret)
   break;

  start += nr_pages * PAGE_SIZE;
  nr_total -= nr_pages;
 }

 free_page((unsigned long)data.pages);

 return ret;
}

int kasan_populate_vmalloc(unsigned long addr, unsigned long size, gfp_t gfp_mask)
{
 unsigned long shadow_start, shadow_end;
 int ret;

 if (!kasan_arch_is_ready())
  return 0;

 if (!is_vmalloc_or_module_addr((void *)addr))
  return 0;

 shadow_start = (unsigned long)kasan_mem_to_shadow((void *)addr);
 shadow_end = (unsigned long)kasan_mem_to_shadow((void *)addr + size);

 /*
 * User Mode Linux maps enough shadow memory for all of virtual memory
 * at boot, so doesn't need to allocate more on vmalloc, just clear it.
 *
 * The remaining CONFIG_UML checks in this file exist for the same
 * reason.
 */
 if (IS_ENABLED(CONFIG_UML)) {
  __memset((void *)shadow_start, KASAN_VMALLOC_INVALID, shadow_end - shadow_start);
  return 0;
 }

 shadow_start = PAGE_ALIGN_DOWN(shadow_start);
 shadow_end = PAGE_ALIGN(shadow_end);

 ret = __kasan_populate_vmalloc(shadow_start, shadow_end, gfp_mask);
 if (ret)
  return ret;

 flush_cache_vmap(shadow_start, shadow_end);

 /*
 * We need to be careful about inter-cpu effects here. Consider:
 *
 *   CPU#0   CPU#1
 * WRITE_ONCE(p, vmalloc(100)); while (x = READ_ONCE(p)) ;
 * p[99] = 1;
 *
 * With compiler instrumentation, that ends up looking like this:
 *
 *   CPU#0   CPU#1
 * // vmalloc() allocates memory
 * // let a = area->addr
 * // we reach kasan_populate_vmalloc
 * // and call kasan_unpoison:
 * STORE shadow(a), unpoison_val
 * ...
 * STORE shadow(a+99), unpoison_val x = LOAD p
 * // rest of vmalloc process <data dependency>
 * STORE p, a LOAD shadow(x+99)
 *
 * If there is no barrier between the end of unpoisoning the shadow
 * and the store of the result to p, the stores could be committed
 * in a different order by CPU#0, and CPU#1 could erroneously observe
 * poison in the shadow.
 *
 * We need some sort of barrier between the stores.
 *
 * In the vmalloc() case, this is provided by a smp_wmb() in
 * clear_vm_uninitialized_flag(). In the per-cpu allocator and in
 * get_vm_area() and friends, the caller gets shadow allocated but
 * doesn't have any pages mapped into the virtual address space that
 * has been reserved. Mapping those pages in will involve taking and
 * releasing a page-table lock, which will provide the barrier.
 */

 return 0;
}

static int kasan_depopulate_vmalloc_pte(pte_t *ptep, unsigned long addr,
     void *unused)
{
 pte_t pte;
 int none;

 arch_leave_lazy_mmu_mode();

 spin_lock(&init_mm.page_table_lock);
 pte = ptep_get(ptep);
 none = pte_none(pte);
 if (likely(!none))
  pte_clear(&init_mm, addr, ptep);
 spin_unlock(&init_mm.page_table_lock);

 if (likely(!none))
  __free_page(pfn_to_page(pte_pfn(pte)));

 arch_enter_lazy_mmu_mode();

 return 0;
}

/*
 * Release the backing for the vmalloc region [start, end), which
 * lies within the free region [free_region_start, free_region_end).
 *
 * This can be run lazily, long after the region was freed. It runs
 * under vmap_area_lock, so it's not safe to interact with the vmalloc/vmap
 * infrastructure.
 *
 * How does this work?
 * -------------------
 *
 * We have a region that is page aligned, labeled as A.
 * That might not map onto the shadow in a way that is page-aligned:
 *
 *                    start                     end
 *                    v                         v
 * |????????|????????|AAAAAAAA|AA....AA|AAAAAAAA|????????| < vmalloc
 *  -------- -------- --------          -------- --------
 *      |        |       |                 |        |
 *      |        |       |         /-------/        |
 *      \-------\|/------/         |/---------------/
 *              |||                ||
 *             |??AAAAAA|AAAAAAAA|AA??????|                < shadow
 *                 (1)      (2)      (3)
 *
 * First we align the start upwards and the end downwards, so that the
 * shadow of the region aligns with shadow page boundaries. In the
 * example, this gives us the shadow page (2). This is the shadow entirely
 * covered by this allocation.
 *
 * Then we have the tricky bits. We want to know if we can free the
 * partially covered shadow pages - (1) and (3) in the example. For this,
 * we are given the start and end of the free region that contains this
 * allocation. Extending our previous example, we could have:
 *
 *  free_region_start                                    free_region_end
 *  |                 start                     end      |
 *  v                 v                         v        v
 * |FFFFFFFF|FFFFFFFF|AAAAAAAA|AA....AA|AAAAAAAA|FFFFFFFF| < vmalloc
 *  -------- -------- --------          -------- --------
 *      |        |       |                 |        |
 *      |        |       |         /-------/        |
 *      \-------\|/------/         |/---------------/
 *              |||                ||
 *             |FFAAAAAA|AAAAAAAA|AAF?????|                < shadow
 *                 (1)      (2)      (3)
 *
 * Once again, we align the start of the free region up, and the end of
 * the free region down so that the shadow is page aligned. So we can free
 * page (1) - we know no allocation currently uses anything in that page,
 * because all of it is in the vmalloc free region. But we cannot free
 * page (3), because we can't be sure that the rest of it is unused.
 *
 * We only consider pages that contain part of the original region for
 * freeing: we don't try to free other pages from the free region or we'd
 * end up trying to free huge chunks of virtual address space.
 *
 * Concurrency
 * -----------
 *
 * How do we know that we're not freeing a page that is simultaneously
 * being used for a fresh allocation in kasan_populate_vmalloc(_pte)?
 *
 * We _can_ have kasan_release_vmalloc and kasan_populate_vmalloc running
 * at the same time. While we run under free_vmap_area_lock, the population
 * code does not.
 *
 * free_vmap_area_lock instead operates to ensure that the larger range
 * [free_region_start, free_region_end) is safe: because __alloc_vmap_area and
 * the per-cpu region-finding algorithm both run under free_vmap_area_lock,
 * no space identified as free will become used while we are running. This
 * means that so long as we are careful with alignment and only free shadow
 * pages entirely covered by the free region, we will not run in to any
 * trouble - any simultaneous allocations will be for disjoint regions.
 */
void kasan_release_vmalloc(unsigned long start, unsigned long end,
      unsigned long free_region_start,
      unsigned long free_region_end,
      unsigned long flags)
{
 void *shadow_start, *shadow_end;
 unsigned long region_start, region_end;
 unsigned long size;

 if (!kasan_arch_is_ready())
  return;

 region_start = ALIGN(start, KASAN_MEMORY_PER_SHADOW_PAGE);
 region_end = ALIGN_DOWN(end, KASAN_MEMORY_PER_SHADOW_PAGE);

 free_region_start = ALIGN(free_region_start, KASAN_MEMORY_PER_SHADOW_PAGE);

 if (start != region_start &&
     free_region_start < region_start)
  region_start -= KASAN_MEMORY_PER_SHADOW_PAGE;

 free_region_end = ALIGN_DOWN(free_region_end, KASAN_MEMORY_PER_SHADOW_PAGE);

 if (end != region_end &&
     free_region_end > region_end)
  region_end += KASAN_MEMORY_PER_SHADOW_PAGE;

 shadow_start = kasan_mem_to_shadow((void *)region_start);
 shadow_end = kasan_mem_to_shadow((void *)region_end);

 if (shadow_end > shadow_start) {
  size = shadow_end - shadow_start;
  if (IS_ENABLED(CONFIG_UML)) {
   __memset(shadow_start, KASAN_SHADOW_INIT, shadow_end - shadow_start);
   return;
  }


  if (flags & KASAN_VMALLOC_PAGE_RANGE)
   apply_to_existing_page_range(&init_mm,
          (unsigned long)shadow_start,
          size, kasan_depopulate_vmalloc_pte,
          NULL);

  if (flags & KASAN_VMALLOC_TLB_FLUSH)
   flush_tlb_kernel_range((unsigned long)shadow_start,
            (unsigned long)shadow_end);
 }
}

void *__kasan_unpoison_vmalloc(const void *start, unsigned long size,
          kasan_vmalloc_flags_t flags)
{
 /*
 * Software KASAN modes unpoison both VM_ALLOC and non-VM_ALLOC
 * mappings, so the KASAN_VMALLOC_VM_ALLOC flag is ignored.
 * Software KASAN modes can't optimize zeroing memory by combining it
 * with setting memory tags, so the KASAN_VMALLOC_INIT flag is ignored.
 */

 if (!kasan_arch_is_ready())
  return (void *)start;

 if (!is_vmalloc_or_module_addr(start))
  return (void *)start;

 /*
 * Don't tag executable memory with the tag-based mode.
 * The kernel doesn't tolerate having the PC register tagged.
 */
 if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS) &&
     !(flags & KASAN_VMALLOC_PROT_NORMAL))
  return (void *)start;

 start = set_tag(start, kasan_random_tag());
 kasan_unpoison(start, size, false);
 return (void *)start;
}

/*
 * Poison the shadow for a vmalloc region. Called as part of the
 * freeing process at the time the region is freed.
 */
void __kasan_poison_vmalloc(const void *start, unsigned long size)
{
 if (!kasan_arch_is_ready())
  return;

 if (!is_vmalloc_or_module_addr(start))
  return;

 size = round_up(size, KASAN_GRANULE_SIZE);
 kasan_poison(start, size, KASAN_VMALLOC_INVALID, false);
}

#else /* CONFIG_KASAN_VMALLOC */

int kasan_alloc_module_shadow(void *addr, size_t size, gfp_t gfp_mask)
{
 void *ret;
 size_t scaled_size;
 size_t shadow_size;
 unsigned long shadow_start;

 shadow_start = (unsigned long)kasan_mem_to_shadow(addr);
 scaled_size = (size + KASAN_GRANULE_SIZE - 1) >>
    KASAN_SHADOW_SCALE_SHIFT;
 shadow_size = round_up(scaled_size, PAGE_SIZE);

 if (WARN_ON(!PAGE_ALIGNED(shadow_start)))
  return -EINVAL;

 if (IS_ENABLED(CONFIG_UML)) {
  __memset((void *)shadow_start, KASAN_SHADOW_INIT, shadow_size);
  return 0;
 }

 ret = __vmalloc_node_range(shadow_size, 1, shadow_start,
   shadow_start + shadow_size,
   GFP_KERNEL,
   PAGE_KERNEL, VM_NO_GUARD, NUMA_NO_NODE,
   __builtin_return_address(0));

 if (ret) {
  struct vm_struct *vm = find_vm_area(addr);
  __memset(ret, KASAN_SHADOW_INIT, shadow_size);
  vm->flags |= VM_KASAN;
  kmemleak_ignore(ret);

  if (vm->flags & VM_DEFER_KMEMLEAK)
   kmemleak_vmalloc(vm, size, gfp_mask);

  return 0;
 }

 return -ENOMEM;
}

void kasan_free_module_shadow(const struct vm_struct *vm)
{
 if (IS_ENABLED(CONFIG_UML))
  return;

 if (vm->flags & VM_KASAN)
  vfree(kasan_mem_to_shadow(vm->addr));
}

#endif