Quelle  tm-trap.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
/*
 * Copyright 2017, Gustavo Romero, IBM Corp.
 *
 * Check if thread endianness is flipped inadvertently to BE on trap
 * caught in TM whilst MSR.FP and MSR.VEC are zero (i.e. just after
 * load_fp and load_vec overflowed).
 *
 * The issue can be checked on LE machines simply by zeroing load_fp
 * and load_vec and then causing a trap in TM. Since the endianness
 * changes to BE on return from the signal handler, 'nop' is
 * thread as an illegal instruction in following sequence:
 * tbegin.
 * beq 1f
 * trap
 * tend.
 * 1: nop
 *
 * However, although the issue is also present on BE machines, it's a
 * bit trickier to check it on BE machines because MSR.LE bit is set
 * to zero which determines a BE endianness that is the native
 * endianness on BE machines, so nothing notably critical happens,
 * i.e. no illegal instruction is observed immediately after returning
 * from the signal handler (as it happens on LE machines). Thus to test
 * it on BE machines LE endianness is forced after a first trap and then
 * the endianness is verified on subsequent traps to determine if the
 * endianness "flipped back" to the native endianness (BE).
 */

#define _GNU_SOURCE
#include <error.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <htmintrin.h>
#include <inttypes.h>
#include <pthread.h>
#include <sched.h>
#include <signal.h>
#include <stdbool.h>

#include "tm.h"
#include "utils.h"

#define pr_error(error_code, format, ...) \
 error_at_line(1, error_code, __FILE__, __LINE__, format, ##__VA_ARGS__)

#define MSR_LE 1UL
#define LE     1UL

pthread_t t0_ping;
pthread_t t1_pong;

int exit_from_pong;

int trap_event;
int le;

bool success;

void trap_signal_handler(int signo, siginfo_t *si, void *uc)
{
 ucontext_t *ucp = uc;
 uint64_t thread_endianness;

 /* Get thread endianness: extract bit LE from MSR */
 thread_endianness = MSR_LE & ucp->uc_mcontext.gp_regs[PT_MSR];

 /*
 * Little-Endian Machine
 */

 if (le) {
  /* First trap event */
  if (trap_event == 0) {
   /* Do nothing. Since it is returning from this trap
 * event that endianness is flipped by the bug, so just
 * let the process return from the signal handler and
 * check on the second trap event if endianness is
 * flipped or not.
 */
  }
  /* Second trap event */
  else if (trap_event == 1) {
   /*
 * Since trap was caught in TM on first trap event, if
 * endianness was still LE (not flipped inadvertently)
 * after returning from the signal handler instruction
 * (1) is executed (basically a 'nop'), as it's located
 * at address of tbegin. +4 (rollback addr). As (1) on
 * LE endianness does in effect nothing, instruction (2)
 * is then executed again as 'trap', generating a second
 * trap event (note that in that case 'trap' is caught
 * not in transacional mode). On te other hand, if after
 * the return from the signal handler the endianness in-
 * advertently flipped, instruction (1) is tread as a
 * branch instruction, i.e. b .+8, hence instruction (3)
 * and (4) are executed (tbegin.; trap;) and we get sim-
 * ilaly on the trap signal handler, but now in TM mode.
 * Either way, it's now possible to check the MSR LE bit
 * once in the trap handler to verify if endianness was
 * flipped or not after the return from the second trap
 * event. If endianness is flipped, the bug is present.
 * Finally, getting a trap in TM mode or not is just
 * worth noting because it affects the math to determine
 * the offset added to the NIP on return: the NIP for a
 * trap caught in TM is the rollback address, i.e. the
 * next instruction after 'tbegin.', whilst the NIP for
 * a trap caught in non-transactional mode is the very
 * same address of the 'trap' instruction that generated
 * the trap event.
 */

   if (thread_endianness == LE) {
    /* Go to 'success', i.e. instruction (6) */
    ucp->uc_mcontext.gp_regs[PT_NIP] += 16;
   } else {
    /*
 * Thread endianness is BE, so it flipped
 * inadvertently. Thus we flip back to LE and
 * set NIP to go to 'failure', instruction (5).
 */
    ucp->uc_mcontext.gp_regs[PT_MSR] |= 1UL;
    ucp->uc_mcontext.gp_regs[PT_NIP] += 4;
   }
  }
 }

 /*
 * Big-Endian Machine
 */

 else {
  /* First trap event */
  if (trap_event == 0) {
   /*
 * Force thread endianness to be LE. Instructions (1),
 * (3), and (4) will be executed, generating a second
 * trap in TM mode.
 */
   ucp->uc_mcontext.gp_regs[PT_MSR] |= 1UL;
  }
  /* Second trap event */
  else if (trap_event == 1) {
   /*
 * Do nothing. If bug is present on return from this
 * second trap event endianness will flip back "automat-
 * ically" to BE, otherwise thread endianness will
 * continue to be LE, just as it was set above.
 */
  }
  /* A third trap event */
  else {
   /*
 * Once here it means that after returning from the sec-
 * ond trap event instruction (4) (trap) was executed
 * as LE, generating a third trap event. In that case
 * endianness is still LE as set on return from the
 * first trap event, hence no bug. Otherwise, bug
 * flipped back to BE on return from the second trap
 * event and instruction (4) was executed as 'tdi' (so
 * basically a 'nop') and branch to 'failure' in
 * instruction (5) was taken to indicate failure and we
 * never get here.
 */

   /*
 * Flip back to BE and go to instruction (6), i.e. go to
 * 'success'.
 */
   ucp->uc_mcontext.gp_regs[PT_MSR] &= ~1UL;
   ucp->uc_mcontext.gp_regs[PT_NIP] += 8;
  }
 }

 trap_event++;
}

void usr1_signal_handler(int signo, siginfo_t *si, void *not_used)
{
 /* Got a USR1 signal from ping(), so just tell pong() to exit */
 exit_from_pong = 1;
}

void *ping(void *not_used)
{
 uint64_t i;

 trap_event = 0;

 /*
 * Wait an amount of context switches so load_fp and load_vec overflows
 * and MSR_[FP|VEC|V] is 0.
 */
 for (i = 0; i < 1024*1024*512; i++)
  ;

 asm goto(
  /*
 * [NA] means "Native Endianness", i.e. it tells how a
 * instruction is executed on machine's native endianness (in
 * other words, native endianness matches kernel endianness).
 * [OP] means "Opposite Endianness", i.e. on a BE machine, it
 * tells how a instruction is executed as a LE instruction; con-
 * versely, on a LE machine, it tells how a instruction is
 * executed as a BE instruction. When [NA] is omitted, it means
 * that the native interpretation of a given instruction is not
 * relevant for the test. Likewise when [OP] is omitted.
 */

  " tbegin. ;" /* (0) tbegin. [NA]                    */
  " tdi 0, 0, 0x48;" /* (1) nop     [NA]; b (3) [OP]        */
  " trap ;" /* (2) trap    [NA]                    */
  ".long 0x1D05007C;" /* (3) tbegin. [OP]                    */
  ".long 0x0800E07F;" /* (4) trap    [OP]; nop   [NA]        */
  " b %l[failure] ;" /* (5) b [NA]; MSR.LE flipped (bug)    */
  " b %l[success] ;" /* (6) b [NA]; MSR.LE did not flip (ok)*/

  : : : : failure, success);

failure:
 success = false;
 goto exit_from_ping;

success:
 success = true;

exit_from_ping:
 /* Tell pong() to exit before leaving */
 pthread_kill(t1_pong, SIGUSR1);
 return NULL;
}

void *pong(void *not_used)
{
 while (!exit_from_pong)
  /*
 * Induce context switches on ping() thread
 * until ping() finishes its job and signs
 * to exit from this loop.
 */
  sched_yield();

 return NULL;
}

int tm_trap_test(void)
{
 uint16_t k = 1;
 int cpu, rc;

 pthread_attr_t attr;
 cpu_set_t cpuset;

 struct sigaction trap_sa;

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

 trap_sa.sa_flags = SA_SIGINFO;
 trap_sa.sa_sigaction = trap_signal_handler;
 sigaction(SIGTRAP, &trap_sa, NULL);

 struct sigaction usr1_sa;

 usr1_sa.sa_flags = SA_SIGINFO;
 usr1_sa.sa_sigaction = usr1_signal_handler;
 sigaction(SIGUSR1, &usr1_sa, NULL);

 cpu = pick_online_cpu();
 FAIL_IF(cpu < 0);

 // Set only one CPU in the mask. Both threads will be bound to that CPU.
 CPU_ZERO(&cpuset);
 CPU_SET(cpu, &cpuset);

 /* Init pthread attribute */
 rc = pthread_attr_init(&attr);
 if (rc)
  pr_error(rc, "pthread_attr_init()");

 /*
 * Bind thread ping() and pong() both to CPU 0 so they ping-pong and
 * speed up context switches on ping() thread, speeding up the load_fp
 * and load_vec overflow.
 */
 rc = pthread_attr_setaffinity_np(&attr, sizeof(cpu_set_t), &cpuset);
 if (rc)
  pr_error(rc, "pthread_attr_setaffinity()");

 /* Figure out the machine endianness */
 le = (int) *(uint8_t *)&k;

 printf("%s machine detected. Checking if endianness flips %s",
  le ? "Little-Endian" : "Big-Endian",
  "inadvertently on trap in TM... ");

 rc = fflush(0);
 if (rc)
  pr_error(rc, "fflush()");

 /* Launch ping() */
 rc = pthread_create(&t0_ping, &attr, ping, NULL);
 if (rc)
  pr_error(rc, "pthread_create()");

 exit_from_pong = 0;

 /* Launch pong() */
 rc = pthread_create(&t1_pong, &attr, pong, NULL);
 if (rc)
  pr_error(rc, "pthread_create()");

 rc = pthread_join(t0_ping, NULL);
 if (rc)
  pr_error(rc, "pthread_join()");

 rc = pthread_join(t1_pong, NULL);
 if (rc)
  pr_error(rc, "pthread_join()");

 if (success) {
  printf("no.\n"); /* no, endianness did not flip inadvertently */
  return EXIT_SUCCESS;
 }

 printf("yes!\n"); /* yes, endianness did flip inadvertently */
 return EXIT_FAILURE;
}

int main(int argc, char **argv)
{
 return test_harness(tm_trap_test, "tm_trap_test");
}