Quelle  pkey_exec_prot.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+

/*
 * Copyright 2020, Sandipan Das, IBM Corp.
 *
 * Test if applying execute protection on pages using memory
 * protection keys works as expected.
 */

#define _GNU_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>

#include <unistd.h>

#include "pkeys.h"

#define PPC_INST_NOP 0x60000000
#define PPC_INST_TRAP 0x7fe00008
#define PPC_INST_BLR 0x4e800020

static volatile sig_atomic_t fault_pkey, fault_code, fault_type;
static volatile sig_atomic_t remaining_faults;
static volatile unsigned int *fault_addr;
static unsigned long pgsize, numinsns;
static unsigned int *insns;

static void trap_handler(int signum, siginfo_t *sinfo, void *ctx)
{
 /* Check if this fault originated from the expected address */
 if (sinfo->si_addr != (void *) fault_addr)
  sigsafe_err("got a fault for an unexpected address\n");

 _exit(1);
}

static void segv_handler(int signum, siginfo_t *sinfo, void *ctx)
{
 int signal_pkey;

 signal_pkey = siginfo_pkey(sinfo);
 fault_code = sinfo->si_code;

 /* Check if this fault originated from the expected address */
 if (sinfo->si_addr != (void *) fault_addr) {
  sigsafe_err("got a fault for an unexpected address\n");
  _exit(1);
 }

 /* Check if too many faults have occurred for a single test case */
 if (!remaining_faults) {
  sigsafe_err("got too many faults for the same address\n");
  _exit(1);
 }


 /* Restore permissions in order to continue */
 switch (fault_code) {
 case SEGV_ACCERR:
  if (mprotect(insns, pgsize, PROT_READ | PROT_WRITE)) {
   sigsafe_err("failed to set access permissions\n");
   _exit(1);
  }
  break;
 case SEGV_PKUERR:
  if (signal_pkey != fault_pkey) {
   sigsafe_err("got a fault for an unexpected pkey\n");
   _exit(1);
  }

  switch (fault_type) {
  case PKEY_DISABLE_ACCESS:
   pkey_set_rights(fault_pkey, PKEY_UNRESTRICTED);
   break;
  case PKEY_DISABLE_EXECUTE:
   /*
 * Reassociate the exec-only pkey with the region
 * to be able to continue. Unlike AMR, we cannot
 * set IAMR directly from userspace to restore the
 * permissions.
 */
   if (mprotect(insns, pgsize, PROT_EXEC)) {
    sigsafe_err("failed to set execute permissions\n");
    _exit(1);
   }
   break;
  default:
   sigsafe_err("got a fault with an unexpected type\n");
   _exit(1);
  }
  break;
 default:
  sigsafe_err("got a fault with an unexpected code\n");
  _exit(1);
 }

 remaining_faults--;
}

static int test(void)
{
 struct sigaction segv_act, trap_act;
 unsigned long rights;
 int pkey, ret, i;

 ret = pkeys_unsupported();
 if (ret)
  return ret;

 /* Setup SIGSEGV handler */
 segv_act.sa_handler = 0;
 segv_act.sa_sigaction = segv_handler;
 FAIL_IF(sigprocmask(SIG_SETMASK, 0, &segv_act.sa_mask) != 0);
 segv_act.sa_flags = SA_SIGINFO;
 segv_act.sa_restorer = 0;
 FAIL_IF(sigaction(SIGSEGV, &segv_act, NULL) != 0);

 /* Setup SIGTRAP handler */
 trap_act.sa_handler = 0;
 trap_act.sa_sigaction = trap_handler;
 FAIL_IF(sigprocmask(SIG_SETMASK, 0, &trap_act.sa_mask) != 0);
 trap_act.sa_flags = SA_SIGINFO;
 trap_act.sa_restorer = 0;
 FAIL_IF(sigaction(SIGTRAP, &trap_act, NULL) != 0);

 /* Setup executable region */
 pgsize = getpagesize();
 numinsns = pgsize / sizeof(unsigned int);
 insns = (unsigned int *) mmap(NULL, pgsize, PROT_READ | PROT_WRITE,
          MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
 FAIL_IF(insns == MAP_FAILED);

 /* Write the instruction words */
 for (i = 1; i < numinsns - 1; i++)
  insns[i] = PPC_INST_NOP;

 /*
 * Set the first instruction as an unconditional trap. If
 * the last write to this address succeeds, this should
 * get overwritten by a no-op.
 */
 insns[0] = PPC_INST_TRAP;

 /*
 * Later, to jump to the executable region, we use a branch
 * and link instruction (bctrl) which sets the return address
 * automatically in LR. Use that to return back.
 */
 insns[numinsns - 1] = PPC_INST_BLR;

 /* Allocate a pkey that restricts execution */
 rights = PKEY_DISABLE_EXECUTE;
 pkey = sys_pkey_alloc(0, rights);
 FAIL_IF(pkey < 0);

 /*
 * Pick the first instruction's address from the executable
 * region.
 */
 fault_addr = insns;

 /* The following two cases will avoid SEGV_PKUERR */
 fault_type = -1;
 fault_pkey = -1;

 /*
 * Read an instruction word from the address when AMR bits
 * are not set i.e. the pkey permits both read and write
 * access.
 *
 * This should not generate a fault as having PROT_EXEC
 * implies PROT_READ on GNU systems. The pkey currently
 * restricts execution only based on the IAMR bits. The
 * AMR bits are cleared.
 */
 remaining_faults = 0;
 FAIL_IF(sys_pkey_mprotect(insns, pgsize, PROT_EXEC, pkey) != 0);
 printf("read from %p, pkey permissions are %s\n", fault_addr,
        pkey_rights(rights));
 i = *fault_addr;
 FAIL_IF(remaining_faults != 0);

 /*
 * Write an instruction word to the address when AMR bits
 * are not set i.e. the pkey permits both read and write
 * access.
 *
 * This should generate an access fault as having just
 * PROT_EXEC also restricts writes. The pkey currently
 * restricts execution only based on the IAMR bits. The
 * AMR bits are cleared.
 */
 remaining_faults = 1;
 FAIL_IF(sys_pkey_mprotect(insns, pgsize, PROT_EXEC, pkey) != 0);
 printf("write to %p, pkey permissions are %s\n", fault_addr,
        pkey_rights(rights));
 *fault_addr = PPC_INST_TRAP;
 FAIL_IF(remaining_faults != 0 || fault_code != SEGV_ACCERR);

 /* The following three cases will generate SEGV_PKUERR */
 rights |= PKEY_DISABLE_ACCESS;
 fault_type = PKEY_DISABLE_ACCESS;
 fault_pkey = pkey;

 /*
 * Read an instruction word from the address when AMR bits
 * are set i.e. the pkey permits neither read nor write
 * access.
 *
 * This should generate a pkey fault based on AMR bits only
 * as having PROT_EXEC implicitly allows reads.
 */
 remaining_faults = 1;
 FAIL_IF(sys_pkey_mprotect(insns, pgsize, PROT_EXEC, pkey) != 0);
 pkey_set_rights(pkey, rights);
 printf("read from %p, pkey permissions are %s\n", fault_addr,
        pkey_rights(rights));
 i = *fault_addr;
 FAIL_IF(remaining_faults != 0 || fault_code != SEGV_PKUERR);

 /*
 * Write an instruction word to the address when AMR bits
 * are set i.e. the pkey permits neither read nor write
 * access.
 *
 * This should generate two faults. First, a pkey fault
 * based on AMR bits and then an access fault since
 * PROT_EXEC does not allow writes.
 */
 remaining_faults = 2;
 FAIL_IF(sys_pkey_mprotect(insns, pgsize, PROT_EXEC, pkey) != 0);
 pkey_set_rights(pkey, rights);
 printf("write to %p, pkey permissions are %s\n", fault_addr,
        pkey_rights(rights));
 *fault_addr = PPC_INST_NOP;
 FAIL_IF(remaining_faults != 0 || fault_code != SEGV_ACCERR);

 /* Free the current pkey */
 sys_pkey_free(pkey);

 rights = 0;
 do {
  /*
 * Allocate pkeys with all valid combinations of read,
 * write and execute restrictions.
 */
  pkey = sys_pkey_alloc(0, rights);
  FAIL_IF(pkey < 0);

  /*
 * Jump to the executable region. AMR bits may or may not
 * be set but they should not affect execution.
 *
 * This should generate pkey faults based on IAMR bits which
 * may be set to restrict execution.
 *
 * The first iteration also checks if the overwrite of the
 * first instruction word from a trap to a no-op succeeded.
 */
  fault_pkey = pkey;
  fault_type = -1;
  remaining_faults = 0;
  if (rights & PKEY_DISABLE_EXECUTE) {
   fault_type = PKEY_DISABLE_EXECUTE;
   remaining_faults = 1;
  }

  FAIL_IF(sys_pkey_mprotect(insns, pgsize, PROT_EXEC, pkey) != 0);
  printf("execute at %p, pkey permissions are %s\n", fault_addr,
         pkey_rights(rights));
  asm volatile("mtctr %0; bctrl" : : "r"(insns));
  FAIL_IF(remaining_faults != 0);
  if (rights & PKEY_DISABLE_EXECUTE)
   FAIL_IF(fault_code != SEGV_PKUERR);

  /* Free the current pkey */
  sys_pkey_free(pkey);

  /* Find next valid combination of pkey rights */
  rights = next_pkey_rights(rights);
 } while (rights);

 /* Cleanup */
 munmap((void *) insns, pgsize);

 return 0;
}

int main(void)
{
 return test_harness(test, "pkey_exec_prot");
}