Quelle  vdso_test_getrandom.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 * Copyright (C) 2022-2024 Jason A. Donenfeld <Jason@zx2c4.com>. All Rights Reserved.
 */

#include <assert.h>
#include <pthread.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <sched.h>
#include <signal.h>
#include <sys/auxv.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/random.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <sys/ptrace.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <linux/random.h>
#include <linux/ptrace.h>

#include "../kselftest.h"
#include "parse_vdso.h"
#include "vdso_config.h"
#include "vdso_call.h"

#ifndef timespecsub
#define timespecsub(tsp, usp, vsp)     \
 do {        \
  (vsp)->tv_sec = (tsp)->tv_sec - (usp)->tv_sec;  \
  (vsp)->tv_nsec = (tsp)->tv_nsec - (usp)->tv_nsec; \
  if ((vsp)->tv_nsec < 0) {    \
   (vsp)->tv_sec--;    \
   (vsp)->tv_nsec += 1000000000L;   \
  }       \
 } while (0)
#endif

#define ksft_assert(condition) \
 do { if (!(condition)) ksft_exit_fail_msg("Assertion failed: %s\n", #condition); } while (0)

static struct {
 pthread_mutex_t lock;
 void **states;
 size_t len, cap;
 ssize_t(*fn)(void *, size_t, unsigned long, void *, size_t);
 struct vgetrandom_opaque_params params;
} vgrnd = {
 .lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER
};

static void *vgetrandom_get_state(void)
{
 void *state = NULL;

 pthread_mutex_lock(&vgrnd.lock);
 if (!vgrnd.len) {
  size_t page_size = getpagesize();
  size_t new_cap;
  size_t alloc_size, num = sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN); /* Just a decent heuristic. */
  size_t state_size_aligned, cache_line_size = sysconf(_SC_LEVEL1_DCACHE_LINESIZE) ?: 1;
  void *new_block, *new_states;

  state_size_aligned = (vgrnd.params.size_of_opaque_state + cache_line_size - 1) & (~(cache_line_size - 1));
  alloc_size = (num * state_size_aligned + page_size - 1) & (~(page_size - 1));
  num = (page_size / state_size_aligned) * (alloc_size / page_size);
  new_block = mmap(0, alloc_size, vgrnd.params.mmap_prot, vgrnd.params.mmap_flags, -1, 0);
  if (new_block == MAP_FAILED)
   goto out;

  new_cap = vgrnd.cap + num;
  new_states = reallocarray(vgrnd.states, new_cap, sizeof(*vgrnd.states));
  if (!new_states)
   goto unmap;
  vgrnd.cap = new_cap;
  vgrnd.states = new_states;

  for (size_t i = 0; i < num; ++i) {
   if (((uintptr_t)new_block & (page_size - 1)) + vgrnd.params.size_of_opaque_state > page_size)
    new_block = (void *)(((uintptr_t)new_block + page_size - 1) & (~(page_size - 1)));
   vgrnd.states[i] = new_block;
   new_block += state_size_aligned;
  }
  vgrnd.len = num;
  goto success;

 unmap:
  munmap(new_block, alloc_size);
  goto out;
 }
success:
 state = vgrnd.states[--vgrnd.len];

out:
 pthread_mutex_unlock(&vgrnd.lock);
 return state;
}

__attribute__((unused)) /* Example for libc implementors */
static void vgetrandom_put_state(void *state)
{
 if (!state)
  return;
 pthread_mutex_lock(&vgrnd.lock);
 vgrnd.states[vgrnd.len++] = state;
 pthread_mutex_unlock(&vgrnd.lock);
}

static void vgetrandom_init(void)
{
 const char *version = versions[VDSO_VERSION];
 const char *name = names[VDSO_NAMES][6];
 unsigned long sysinfo_ehdr = getauxval(AT_SYSINFO_EHDR);
 ssize_t ret;

 if (!sysinfo_ehdr)
  ksft_exit_skip("AT_SYSINFO_EHDR is not present\n");
 vdso_init_from_sysinfo_ehdr(sysinfo_ehdr);
 vgrnd.fn = (__typeof__(vgrnd.fn))vdso_sym(version, name);
 if (!vgrnd.fn)
  ksft_exit_skip("%s@%s symbol is missing from vDSO\n", name, version);
 ret = VDSO_CALL(vgrnd.fn, 5, NULL, 0, 0, &vgrnd.params, ~0UL);
 if (ret == -ENOSYS)
  ksft_exit_skip("CPU does not have runtime support\n");
 else if (ret)
  ksft_exit_fail_msg("Failed to fetch vgetrandom params: %zd\n", ret);
}

static ssize_t vgetrandom(void *buf, size_t len, unsigned long flags)
{
 static __thread void *state;

 if (!state) {
  state = vgetrandom_get_state();
  ksft_assert(state);
 }
 return VDSO_CALL(vgrnd.fn, 5, buf, len, flags, state, vgrnd.params.size_of_opaque_state);
}

enum { TRIALS = 25000000, THREADS = 256 };

static void *test_vdso_getrandom(void *ctx)
{
 for (size_t i = 0; i < TRIALS; ++i) {
  unsigned int val;
  ssize_t ret = vgetrandom(&val, sizeof(val), 0);
  ksft_assert(ret == sizeof(val));
 }
 return NULL;
}

static void *test_libc_getrandom(void *ctx)
{
 for (size_t i = 0; i < TRIALS; ++i) {
  unsigned int val;
  ssize_t ret = getrandom(&val, sizeof(val), 0);
  ksft_assert(ret == sizeof(val));
 }
 return NULL;
}

static void *test_syscall_getrandom(void *ctx)
{
 for (size_t i = 0; i < TRIALS; ++i) {
  unsigned int val;
  ssize_t ret = syscall(__NR_getrandom, &val, sizeof(val), 0);
  ksft_assert(ret == sizeof(val));
 }
 return NULL;
}

static void bench_single(void)
{
 struct timespec start, end, diff;

 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start);
 test_vdso_getrandom(NULL);
 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &end);
 timespecsub(&end, &start, &diff);
 printf(" vdso: %u times in %lu.%09lu seconds\n", TRIALS, diff.tv_sec, diff.tv_nsec);

 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start);
 test_libc_getrandom(NULL);
 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &end);
 timespecsub(&end, &start, &diff);
 printf(" libc: %u times in %lu.%09lu seconds\n", TRIALS, diff.tv_sec, diff.tv_nsec);

 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start);
 test_syscall_getrandom(NULL);
 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &end);
 timespecsub(&end, &start, &diff);
 printf("syscall: %u times in %lu.%09lu seconds\n", TRIALS, diff.tv_sec, diff.tv_nsec);
}

static void bench_multi(void)
{
 struct timespec start, end, diff;
 pthread_t threads[THREADS];

 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start);
 for (size_t i = 0; i < THREADS; ++i)
  ksft_assert(pthread_create(&threads[i], NULL, test_vdso_getrandom, NULL) == 0);
 for (size_t i = 0; i < THREADS; ++i)
  pthread_join(threads[i], NULL);
 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &end);
 timespecsub(&end, &start, &diff);
 printf(" vdso: %u x %u times in %lu.%09lu seconds\n", TRIALS, THREADS, diff.tv_sec, diff.tv_nsec);

 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start);
 for (size_t i = 0; i < THREADS; ++i)
  ksft_assert(pthread_create(&threads[i], NULL, test_libc_getrandom, NULL) == 0);
 for (size_t i = 0; i < THREADS; ++i)
  pthread_join(threads[i], NULL);
 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &end);
 timespecsub(&end, &start, &diff);
 printf(" libc: %u x %u times in %lu.%09lu seconds\n", TRIALS, THREADS, diff.tv_sec, diff.tv_nsec);

 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start);
 for (size_t i = 0; i < THREADS; ++i)
  ksft_assert(pthread_create(&threads[i], NULL, test_syscall_getrandom, NULL) == 0);
 for (size_t i = 0; i < THREADS; ++i)
  pthread_join(threads[i], NULL);
 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &end);
 timespecsub(&end, &start, &diff);
 printf(" syscall: %u x %u times in %lu.%09lu seconds\n", TRIALS, THREADS, diff.tv_sec, diff.tv_nsec);
}

static void fill(void)
{
 uint8_t weird_size[323929];
 for (;;)
  vgetrandom(weird_size, sizeof(weird_size), 0);
}

static void kselftest(void)
{
 uint8_t weird_size[1263];
 pid_t child;

 ksft_print_header();
 vgetrandom_init();
 ksft_set_plan(2);

 for (size_t i = 0; i < 1000; ++i) {
  ssize_t ret = vgetrandom(weird_size, sizeof(weird_size), 0);
  ksft_assert(ret == sizeof(weird_size));
 }

 ksft_test_result_pass("getrandom: PASS\n");

 unshare(CLONE_NEWUSER);
 ksft_assert(unshare(CLONE_NEWTIME) == 0);
 child = fork();
 ksft_assert(child >= 0);
 if (!child) {
  vgetrandom_init();
  child = getpid();
  ksft_assert(ptrace(PTRACE_TRACEME, 0, NULL, NULL) == 0);
  ksft_assert(kill(child, SIGSTOP) == 0);
  ksft_assert(vgetrandom(weird_size, sizeof(weird_size), 0) == sizeof(weird_size));
  _exit(0);
 }
 for (;;) {
  struct ptrace_syscall_info info = { 0 };
  int status;
  ksft_assert(waitpid(child, &status, 0) >= 0);
  if (WIFEXITED(status)) {
   ksft_assert(WEXITSTATUS(status) == 0);
   break;
  }
  ksft_assert(WIFSTOPPED(status));
  if (WSTOPSIG(status) == SIGSTOP)
   ksft_assert(ptrace(PTRACE_SETOPTIONS, child, 0, PTRACE_O_TRACESYSGOOD) == 0);
  else if (WSTOPSIG(status) == (SIGTRAP | 0x80)) {
   ksft_assert(ptrace(PTRACE_GET_SYSCALL_INFO, child, sizeof(info), &info) > 0);
   if (info.op == PTRACE_SYSCALL_INFO_ENTRY && info.entry.nr == __NR_getrandom &&
       info.entry.args[0] == (uintptr_t)weird_size && info.entry.args[1] == sizeof(weird_size))
    ksft_exit_fail_msg("vgetrandom passed buffer to syscall getrandom unexpectedly\n");
  }
  ksft_assert(ptrace(PTRACE_SYSCALL, child, 0, 0) == 0);
 }

 ksft_test_result_pass("getrandom timens: PASS\n");

 ksft_exit_pass();
}

static void usage(const char *argv0)
{
 fprintf(stderr, "Usage: %s [bench-single|bench-multi|fill]\n", argv0);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
 if (argc == 1) {
  kselftest();
  return 0;
 }

 if (argc != 2) {
  usage(argv[0]);
  return 1;
 }

 vgetrandom_init();

 if (!strcmp(argv[1], "bench-single"))
  bench_single();
 else if (!strcmp(argv[1], "bench-multi"))
  bench_multi();
 else if (!strcmp(argv[1], "fill"))
  fill();
 else {
  usage(argv[0]);
  return 1;
 }
 return 0;
}