Quelle  tm-signal-pagefault.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 * Copyright 2020, Gustavo Luiz Duarte, IBM Corp.
 *
 * This test starts a transaction and triggers a signal, forcing a pagefault to
 * happen when the kernel signal handling code touches the user signal stack.
 *
 * In order to avoid pre-faulting the signal stack memory and to force the
 * pagefault to happen precisely in the kernel signal handling code, the
 * pagefault handling is done in userspace using the userfaultfd facility.
 *
 * Further pagefaults are triggered by crafting the signal handler's ucontext
 * to point to additional memory regions managed by the userfaultfd, so using
 * the same mechanism used to avoid pre-faulting the signal stack memory.
 *
 * On failure (bug is present) kernel crashes or never returns control back to
 * userspace. If bug is not present, tests completes almost immediately.
 */

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <linux/userfaultfd.h>
#include <poll.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <pthread.h>
#include <signal.h>
#include <errno.h>

#include "tm.h"


#define UF_MEM_SIZE 655360 /* 10 x 64k pages */

/* Memory handled by userfaultfd */
static char *uf_mem;
static size_t uf_mem_offset = 0;

/*
 * Data that will be copied into the faulting pages (instead of zero-filled
 * pages). This is used to make the test more reliable and avoid segfaulting
 * when we return from the signal handler. Since we are making the signal
 * handler's ucontext point to newly allocated memory, when that memory is
 * paged-in it will contain the expected content.
 */
static char backing_mem[UF_MEM_SIZE];

static size_t pagesize;

/*
 * Return a chunk of at least 'size' bytes of memory that will be handled by
 * userfaultfd. If 'backing_data' is not NULL, its content will be save to
 * 'backing_mem' and then copied into the faulting pages when the page fault
 * is handled.
 */
void *get_uf_mem(size_t size, void *backing_data)
{
 void *ret;

 if (uf_mem_offset + size > UF_MEM_SIZE) {
  fprintf(stderr, "Requesting more uf_mem than expected!\n");
  exit(EXIT_FAILURE);
 }

 ret = &uf_mem[uf_mem_offset];

 /* Save the data that will be copied into the faulting page */
 if (backing_data != NULL)
  memcpy(&backing_mem[uf_mem_offset], backing_data, size);

 /* Reserve the requested amount of uf_mem */
 uf_mem_offset += size;
 /* Keep uf_mem_offset aligned to the page size (round up) */
 uf_mem_offset = (uf_mem_offset + pagesize - 1) & ~(pagesize - 1);

 return ret;
}

void *fault_handler_thread(void *arg)
{
 struct uffd_msg msg; /* Data read from userfaultfd */
 long uffd;  /* userfaultfd file descriptor */
 struct uffdio_copy uffdio_copy;
 struct pollfd pollfd;
 ssize_t nread, offset;

 uffd = (long) arg;

 for (;;) {
  pollfd.fd = uffd;
  pollfd.events = POLLIN;
  if (poll(&pollfd, 1, -1) == -1) {
   perror("poll() failed");
   exit(EXIT_FAILURE);
  }

  nread = read(uffd, &msg, sizeof(msg));
  if (nread == 0) {
   fprintf(stderr, "read(): EOF on userfaultfd\n");
   exit(EXIT_FAILURE);
  }

  if (nread == -1) {
   perror("read() failed");
   exit(EXIT_FAILURE);
  }

  /* We expect only one kind of event */
  if (msg.event != UFFD_EVENT_PAGEFAULT) {
   fprintf(stderr, "Unexpected event on userfaultfd\n");
   exit(EXIT_FAILURE);
  }

  /*
 * We need to handle page faults in units of pages(!).
 * So, round faulting address down to page boundary.
 */
  uffdio_copy.dst = msg.arg.pagefault.address & ~(pagesize-1);

  offset = (char *) uffdio_copy.dst - uf_mem;
  uffdio_copy.src = (unsigned long) &backing_mem[offset];

  uffdio_copy.len = pagesize;
  uffdio_copy.mode = 0;
  uffdio_copy.copy = 0;
  if (ioctl(uffd, UFFDIO_COPY, &uffdio_copy) == -1) {
   perror("ioctl-UFFDIO_COPY failed");
   exit(EXIT_FAILURE);
  }
 }
}

void setup_uf_mem(void)
{
 long uffd;  /* userfaultfd file descriptor */
 pthread_t thr;
 struct uffdio_api uffdio_api;
 struct uffdio_register uffdio_register;
 int ret;

 pagesize = sysconf(_SC_PAGE_SIZE);

 /* Create and enable userfaultfd object */
 uffd = syscall(__NR_userfaultfd, O_CLOEXEC | O_NONBLOCK);
 if (uffd == -1) {
  perror("userfaultfd() failed");
  exit(EXIT_FAILURE);
 }
 uffdio_api.api = UFFD_API;
 uffdio_api.features = 0;
 if (ioctl(uffd, UFFDIO_API, &uffdio_api) == -1) {
  perror("ioctl-UFFDIO_API failed");
  exit(EXIT_FAILURE);
 }

 /*
 * Create a private anonymous mapping. The memory will be demand-zero
 * paged, that is, not yet allocated. When we actually touch the memory
 * the related page will be allocated via the userfaultfd mechanism.
 */
 uf_mem = mmap(NULL, UF_MEM_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE,
        MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
 if (uf_mem == MAP_FAILED) {
  perror("mmap() failed");
  exit(EXIT_FAILURE);
 }

 /*
 * Register the memory range of the mapping we've just mapped to be
 * handled by the userfaultfd object. In 'mode' we request to track
 * missing pages (i.e. pages that have not yet been faulted-in).
 */
 uffdio_register.range.start = (unsigned long) uf_mem;
 uffdio_register.range.len = UF_MEM_SIZE;
 uffdio_register.mode = UFFDIO_REGISTER_MODE_MISSING;
 if (ioctl(uffd, UFFDIO_REGISTER, &uffdio_register) == -1) {
  perror("ioctl-UFFDIO_REGISTER");
  exit(EXIT_FAILURE);
 }

 /* Create a thread that will process the userfaultfd events */
 ret = pthread_create(&thr, NULL, fault_handler_thread, (void *) uffd);
 if (ret != 0) {
  fprintf(stderr, "pthread_create(): Error. Returned %d\n", ret);
  exit(EXIT_FAILURE);
 }
}

/*
 * Assumption: the signal was delivered while userspace was in transactional or
 * suspended state, i.e. uc->uc_link != NULL.
 */
void signal_handler(int signo, siginfo_t *si, void *uc)
{
 ucontext_t *ucp = uc;

 /* Skip 'trap' after returning, otherwise we get a SIGTRAP again */
 ucp->uc_link->uc_mcontext.regs->nip += 4;

 ucp->uc_mcontext.v_regs =
  get_uf_mem(sizeof(elf_vrreg_t), ucp->uc_mcontext.v_regs);

 ucp->uc_link->uc_mcontext.v_regs =
  get_uf_mem(sizeof(elf_vrreg_t), ucp->uc_link->uc_mcontext.v_regs);

 ucp->uc_link = get_uf_mem(sizeof(ucontext_t), ucp->uc_link);
}

bool have_userfaultfd(void)
{
 long rc;

 errno = 0;
 rc = syscall(__NR_userfaultfd, -1);

 return rc == 0 || errno != ENOSYS;
}

int tm_signal_pagefault(void)
{
 struct sigaction sa;
 stack_t ss;

 SKIP_IF(!have_htm());
 SKIP_IF(htm_is_synthetic());
 SKIP_IF(!have_userfaultfd());

 setup_uf_mem();

 /*
 * Set an alternative stack that will generate a page fault when the
 * signal is raised. The page fault will be treated via userfaultfd,
 * i.e. via fault_handler_thread.
 */
 ss.ss_sp = get_uf_mem(SIGSTKSZ, NULL);
 ss.ss_size = SIGSTKSZ;
 ss.ss_flags = 0;
 if (sigaltstack(&ss, NULL) == -1) {
  perror("sigaltstack() failed");
  exit(EXIT_FAILURE);
 }

 sa.sa_flags = SA_SIGINFO | SA_ONSTACK;
 sa.sa_sigaction = signal_handler;
 if (sigaction(SIGTRAP, &sa, NULL) == -1) {
  perror("sigaction() failed");
  exit(EXIT_FAILURE);
 }

 /* Trigger a SIGTRAP in transactional state */
 asm __volatile__(
   "tbegin.;"
   "beq 1f;"
   "trap;"
   "1: ;"
   : : : "memory");

 /* Trigger a SIGTRAP in suspended state */
 asm __volatile__(
   "tbegin.;"
   "beq 1f;"
   "tsuspend.;"
   "trap;"
   "tresume.;"
   "1: ;"
   : : : "memory");

 return EXIT_SUCCESS;
}

int main(int argc, char **argv)
{
 /*
 * Depending on kernel config, the TM Bad Thing might not result in a
 * crash, instead the kernel never returns control back to userspace, so
 * set a tight timeout. If the test passes it completes almost
 * immediately.
 */
 test_harness_set_timeout(2);
 return test_harness(tm_signal_pagefault, "tm_signal_pagefault");
}