Quelle  proc-empty-vm.c   Sprache: C

#if defined __amd64__ || defined __i386__
/*
 * Copyright (c) 2022 Alexey Dobriyan <adobriyan@gmail.com>
 *
 * Permission to use, copy, modify, and distribute this software for any
 * purpose with or without fee is hereby granted, provided that the above
 * copyright notice and this permission notice appear in all copies.
 *
 * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS" AND THE AUTHOR DISCLAIMS ALL WARRANTIES
 * WITH REGARD TO THIS SOFTWARE INCLUDING ALL IMPLIED WARRANTIES OF
 * MERCHANTABILITY AND FITNESS. IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR
 * ANY SPECIAL, DIRECT, INDIRECT, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES OR ANY DAMAGES
 * WHATSOEVER RESULTING FROM LOSS OF USE, DATA OR PROFITS, WHETHER IN AN
 * ACTION OF CONTRACT, NEGLIGENCE OR OTHER TORTIOUS ACTION, ARISING OUT OF
 * OR IN CONNECTION WITH THE USE OR PERFORMANCE OF THIS SOFTWARE.
 */
/*
 * Create a process without mappings by unmapping everything at once and
 * holding it with ptrace(2). See what happens to
 *
 * /proc/${pid}/maps
 * /proc/${pid}/numa_maps
 * /proc/${pid}/smaps
 * /proc/${pid}/smaps_rollup
 */
#undef _GNU_SOURCE
#define _GNU_SOURCE

#undef NDEBUG
#include <assert.h>
#include <errno.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/ptrace.h>
#include <sys/resource.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>

#ifdef __amd64__
#define TEST_VSYSCALL
#endif

#if defined __amd64__
 #ifndef SYS_pkey_alloc
  #define SYS_pkey_alloc 330
 #endif
 #ifndef SYS_pkey_free
  #define SYS_pkey_free 331
 #endif
#elif defined __i386__
 #ifndef SYS_pkey_alloc
  #define SYS_pkey_alloc 381
 #endif
 #ifndef SYS_pkey_free
  #define SYS_pkey_free 382
 #endif
#else
 #error "SYS_pkey_alloc"
#endif

static int g_protection_key_support;

static int protection_key_support(void)
{
 long rv = syscall(SYS_pkey_alloc, 0, 0);
 if (rv > 0) {
  syscall(SYS_pkey_free, (int)rv);
  return 1;
 } else if (rv == -1 && errno == ENOSYS) {
  return 0;
 } else if (rv == -1 && errno == EINVAL) {
  // ospke=n
  return 0;
 } else {
  fprintf(stderr, "%s: error: rv %ld, errno %d\n", __func__, rv, errno);
  exit(EXIT_FAILURE);
 }
}

/*
 * 0: vsyscall VMA doesn't exist vsyscall=none
 * 1: vsyscall VMA is --xp vsyscall=xonly
 * 2: vsyscall VMA is r-xp vsyscall=emulate
 */
static volatile int g_vsyscall;
static const char *g_proc_pid_maps_vsyscall;
static const char *g_proc_pid_smaps_vsyscall;

static const char proc_pid_maps_vsyscall_0[] = "";
static const char proc_pid_maps_vsyscall_1[] =
"ffffffffff600000-ffffffffff601000 --xp 00000000 00:00 0 [vsyscall]\n";
static const char proc_pid_maps_vsyscall_2[] =
"ffffffffff600000-ffffffffff601000 r-xp 00000000 00:00 0 [vsyscall]\n";

static const char proc_pid_smaps_vsyscall_0[] = "";

static const char proc_pid_smaps_vsyscall_1[] =
"ffffffffff600000-ffffffffff601000 --xp 00000000 00:00 0 [vsyscall]\n"
"Size: 4 kB\n"
"KernelPageSize: 4 kB\n"
"MMUPageSize: 4 kB\n"
"Rss: 0 kB\n"
"Pss: 0 kB\n"
"Pss_Dirty: 0 kB\n"
"Shared_Clean: 0 kB\n"
"Shared_Dirty: 0 kB\n"
"Private_Clean: 0 kB\n"
"Private_Dirty: 0 kB\n"
"Referenced: 0 kB\n"
"Anonymous: 0 kB\n"
"KSM: 0 kB\n"
"LazyFree: 0 kB\n"
"AnonHugePages: 0 kB\n"
"ShmemPmdMapped: 0 kB\n"
"FilePmdMapped: 0 kB\n"
"Shared_Hugetlb: 0 kB\n"
"Private_Hugetlb: 0 kB\n"
"Swap: 0 kB\n"
"SwapPss: 0 kB\n"
"Locked: 0 kB\n"
"THPeligible: 0\n"
;

static const char proc_pid_smaps_vsyscall_2[] =
"ffffffffff600000-ffffffffff601000 r-xp 00000000 00:00 0 [vsyscall]\n"
"Size: 4 kB\n"
"KernelPageSize: 4 kB\n"
"MMUPageSize: 4 kB\n"
"Rss: 0 kB\n"
"Pss: 0 kB\n"
"Pss_Dirty: 0 kB\n"
"Shared_Clean: 0 kB\n"
"Shared_Dirty: 0 kB\n"
"Private_Clean: 0 kB\n"
"Private_Dirty: 0 kB\n"
"Referenced: 0 kB\n"
"Anonymous: 0 kB\n"
"KSM: 0 kB\n"
"LazyFree: 0 kB\n"
"AnonHugePages: 0 kB\n"
"ShmemPmdMapped: 0 kB\n"
"FilePmdMapped: 0 kB\n"
"Shared_Hugetlb: 0 kB\n"
"Private_Hugetlb: 0 kB\n"
"Swap: 0 kB\n"
"SwapPss: 0 kB\n"
"Locked: 0 kB\n"
"THPeligible: 0\n"
;

static void sigaction_SIGSEGV(int _, siginfo_t *__, void *___)
{
 _exit(EXIT_FAILURE);
}

#ifdef TEST_VSYSCALL
static void sigaction_SIGSEGV_vsyscall(int _, siginfo_t *__, void *___)
{
 _exit(g_vsyscall);
}

/*
 * vsyscall page can't be unmapped, probe it directly.
 */
static void vsyscall(void)
{
 pid_t pid;
 int wstatus;

 pid = fork();
 if (pid < 0) {
  fprintf(stderr, "fork, errno %d\n", errno);
  exit(1);
 }
 if (pid == 0) {
  setrlimit(RLIMIT_CORE, &(struct rlimit){});

  /* Hide "segfault at ffffffffff600000" messages. */
  struct sigaction act = {};
  act.sa_flags = SA_SIGINFO;
  act.sa_sigaction = sigaction_SIGSEGV_vsyscall;
  sigaction(SIGSEGV, &act, NULL);

  g_vsyscall = 0;
  /* gettimeofday(NULL, NULL); */
  uint64_t rax = 0xffffffffff600000;
  asm volatile (
   "call *%[rax]"
   : [rax] "+a" (rax)
   : "D" (NULL), "S" (NULL)
   : "rcx", "r11"
  );

  g_vsyscall = 1;
  *(volatile int *)0xffffffffff600000UL;

  g_vsyscall = 2;
  exit(g_vsyscall);
 }
 waitpid(pid, &wstatus, 0);
 if (WIFEXITED(wstatus)) {
  g_vsyscall = WEXITSTATUS(wstatus);
 } else {
  fprintf(stderr, "error: vsyscall wstatus %08x\n", wstatus);
  exit(1);
 }
}
#endif

static int test_proc_pid_maps(pid_t pid)
{
 char buf[4096];
 snprintf(buf, sizeof(buf), "/proc/%u/maps", pid);
 int fd = open(buf, O_RDONLY);
 if (fd == -1) {
  perror("open /proc/${pid}/maps");
  return EXIT_FAILURE;
 } else {
  ssize_t rv = read(fd, buf, sizeof(buf));
  close(fd);
  if (g_vsyscall == 0) {
   assert(rv == 0);
  } else {
   size_t len = strlen(g_proc_pid_maps_vsyscall);
   assert(rv == len);
   assert(memcmp(buf, g_proc_pid_maps_vsyscall, len) == 0);
  }
  return EXIT_SUCCESS;
 }
}

static int test_proc_pid_numa_maps(pid_t pid)
{
 char buf[4096];
 snprintf(buf, sizeof(buf), "/proc/%u/numa_maps", pid);
 int fd = open(buf, O_RDONLY);
 if (fd == -1) {
  if (errno == ENOENT) {
   /*
 * /proc/${pid}/numa_maps is under CONFIG_NUMA,
 * it doesn't necessarily exist.
 */
   return EXIT_SUCCESS;
  }
  perror("open /proc/${pid}/numa_maps");
  return EXIT_FAILURE;
 } else {
  ssize_t rv = read(fd, buf, sizeof(buf));
  close(fd);
  assert(rv == 0);
  return EXIT_SUCCESS;
 }
}

static int test_proc_pid_smaps(pid_t pid)
{
 char buf[4096];
 snprintf(buf, sizeof(buf), "/proc/%u/smaps", pid);
 int fd = open(buf, O_RDONLY);
 if (fd == -1) {
  if (errno == ENOENT) {
   /*
 * /proc/${pid}/smaps is under CONFIG_PROC_PAGE_MONITOR,
 * it doesn't necessarily exist.
 */
   return EXIT_SUCCESS;
  }
  perror("open /proc/${pid}/smaps");
  return EXIT_FAILURE;
 }
 ssize_t rv = read(fd, buf, sizeof(buf));
 close(fd);

 assert(0 <= rv);
 assert(rv <= sizeof(buf));

 if (g_vsyscall == 0) {
  assert(rv == 0);
 } else {
  size_t len = strlen(g_proc_pid_smaps_vsyscall);
  assert(rv > len);
  assert(memcmp(buf, g_proc_pid_smaps_vsyscall, len) == 0);

  if (g_protection_key_support) {
#define PROTECTION_KEY "ProtectionKey: 0\n"
   assert(memmem(buf, rv, PROTECTION_KEY, strlen(PROTECTION_KEY)));
  }
 }

 return EXIT_SUCCESS;
}

static const char g_smaps_rollup[] =
"00000000-00000000 ---p 00000000 00:00 0 [rollup]\n"
"Rss: 0 kB\n"
"Pss: 0 kB\n"
"Pss_Dirty: 0 kB\n"
"Pss_Anon: 0 kB\n"
"Pss_File: 0 kB\n"
"Pss_Shmem: 0 kB\n"
"Shared_Clean: 0 kB\n"
"Shared_Dirty: 0 kB\n"
"Private_Clean: 0 kB\n"
"Private_Dirty: 0 kB\n"
"Referenced: 0 kB\n"
"Anonymous: 0 kB\n"
"KSM: 0 kB\n"
"LazyFree: 0 kB\n"
"AnonHugePages: 0 kB\n"
"ShmemPmdMapped: 0 kB\n"
"FilePmdMapped: 0 kB\n"
"Shared_Hugetlb: 0 kB\n"
"Private_Hugetlb: 0 kB\n"
"Swap: 0 kB\n"
"SwapPss: 0 kB\n"
"Locked: 0 kB\n"
;

static int test_proc_pid_smaps_rollup(pid_t pid)
{
 char buf[4096];
 snprintf(buf, sizeof(buf), "/proc/%u/smaps_rollup", pid);
 int fd = open(buf, O_RDONLY);
 if (fd == -1) {
  if (errno == ENOENT) {
   /*
 * /proc/${pid}/smaps_rollup is under CONFIG_PROC_PAGE_MONITOR,
 * it doesn't necessarily exist.
 */
   return EXIT_SUCCESS;
  }
  perror("open /proc/${pid}/smaps_rollup");
  return EXIT_FAILURE;
 } else {
  ssize_t rv = read(fd, buf, sizeof(buf));
  close(fd);
  assert(rv == sizeof(g_smaps_rollup) - 1);
  assert(memcmp(buf, g_smaps_rollup, sizeof(g_smaps_rollup) - 1) == 0);
  return EXIT_SUCCESS;
 }
}

static const char *parse_u64(const char *p, const char *const end, uint64_t *rv)
{
 *rv = 0;
 for (; p != end; p += 1) {
  if ('0' <= *p && *p <= '9') {
   assert(!__builtin_mul_overflow(*rv, 10, rv));
   assert(!__builtin_add_overflow(*rv, *p - '0', rv));
  } else {
   break;
  }
 }
 assert(p != end);
 return p;
}

/*
 * There seems to be 2 types of valid output:
 * "0 A A B 0 0 0\n" for dynamic exeuctables,
 * "0 0 0 B 0 0 0\n" for static executables.
 */
static int test_proc_pid_statm(pid_t pid)
{
 char buf[4096];
 snprintf(buf, sizeof(buf), "/proc/%u/statm", pid);
 int fd = open(buf, O_RDONLY);
 if (fd == -1) {
  perror("open /proc/${pid}/statm");
  return EXIT_FAILURE;
 }

 ssize_t rv = read(fd, buf, sizeof(buf));
 close(fd);

 assert(rv >= 0);
 assert(rv <= sizeof(buf));

 const char *p = buf;
 const char *const end = p + rv;

 /* size */
 assert(p != end && *p++ == '0');
 assert(p != end && *p++ == ' ');

 uint64_t resident;
 p = parse_u64(p, end, &resident);
 assert(p != end && *p++ == ' ');

 uint64_t shared;
 p = parse_u64(p, end, &shared);
 assert(p != end && *p++ == ' ');

 uint64_t text;
 p = parse_u64(p, end, &text);
 assert(p != end && *p++ == ' ');

 assert(p != end && *p++ == '0');
 assert(p != end && *p++ == ' ');

 /* data */
 assert(p != end && *p++ == '0');
 assert(p != end && *p++ == ' ');

 assert(p != end && *p++ == '0');
 assert(p != end && *p++ == '\n');

 assert(p == end);

 /*
 * "text" is "mm->end_code - mm->start_code" at execve(2) time.
 * munmap() doesn't change it. It can be anything (just link
 * statically). It can't be 0 because executing to this point
 * implies at least 1 page of code.
 */
 assert(text > 0);

 /*
 * These two are always equal. Always 0 for statically linked
 * executables and sometimes 0 for dynamically linked executables.
 * There is no way to tell one from another without parsing ELF
 * which is too much for this test.
 */
 assert(resident == shared);

 return EXIT_SUCCESS;
}

int main(void)
{
 int rv = EXIT_SUCCESS;

#ifdef TEST_VSYSCALL
 vsyscall();
#endif

 switch (g_vsyscall) {
 case 0:
  g_proc_pid_maps_vsyscall  = proc_pid_maps_vsyscall_0;
  g_proc_pid_smaps_vsyscall = proc_pid_smaps_vsyscall_0;
  break;
 case 1:
  g_proc_pid_maps_vsyscall  = proc_pid_maps_vsyscall_1;
  g_proc_pid_smaps_vsyscall = proc_pid_smaps_vsyscall_1;
  break;
 case 2:
  g_proc_pid_maps_vsyscall  = proc_pid_maps_vsyscall_2;
  g_proc_pid_smaps_vsyscall = proc_pid_smaps_vsyscall_2;
  break;
 default:
  abort();
 }

 g_protection_key_support = protection_key_support();

 pid_t pid = fork();
 if (pid == -1) {
  perror("fork");
  return EXIT_FAILURE;
 } else if (pid == 0) {
  rv = ptrace(PTRACE_TRACEME, 0, NULL, NULL);
  if (rv != 0) {
   if (errno == EPERM) {
    fprintf(stderr,
"Did you know? ptrace(PTRACE_TRACEME) doesn't work under strace.\n"
    );
    kill(getppid(), SIGTERM);
    return EXIT_FAILURE;
   }
   perror("ptrace PTRACE_TRACEME");
   return EXIT_FAILURE;
  }

  /*
 * Hide "segfault at ..." messages. Signal handler won't run.
 */
  struct sigaction act = {};
  act.sa_flags = SA_SIGINFO;
  act.sa_sigaction = sigaction_SIGSEGV;
  sigaction(SIGSEGV, &act, NULL);

#ifdef __amd64__
  munmap(NULL, ((size_t)1 << 47) - 4096);
#elif defined __i386__
  {
   size_t len;

   for (len = -4096;; len -= 4096) {
    munmap(NULL, len);
   }
  }
#else
#error "implement 'unmap everything'"
#endif
  return EXIT_FAILURE;
 } else {
  /*
 * TODO find reliable way to signal parent that munmap(2) completed.
 * Child can't do it directly because it effectively doesn't exist
 * anymore. Looking at child's VM files isn't 100% reliable either:
 * due to a bug they may not become empty or empty-like.
 */
  sleep(1);

  if (rv == EXIT_SUCCESS) {
   rv = test_proc_pid_maps(pid);
  }
  if (rv == EXIT_SUCCESS) {
   rv = test_proc_pid_numa_maps(pid);
  }
  if (rv == EXIT_SUCCESS) {
   rv = test_proc_pid_smaps(pid);
  }
  if (rv == EXIT_SUCCESS) {
   rv = test_proc_pid_smaps_rollup(pid);
  }
  if (rv == EXIT_SUCCESS) {
   rv = test_proc_pid_statm(pid);
  }

  /* Cut the rope. */
  int wstatus;
  waitpid(pid, &wstatus, 0);
  assert(WIFSTOPPED(wstatus));
  assert(WSTOPSIG(wstatus) == SIGSEGV);
 }

 return rv;
}
#else
int main(void)
{
 return 4;
}
#endif