libexec/rtld-elf/amd64/reloc.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
   3  *
   4  * Copyright 1996, 1997, 1998, 1999 John D. Polstra.
   5  * All rights reserved.
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  * modification, are permitted provided that the following conditions
   9  * are met:
  10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  12  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  14  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  15  *
  16  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
  17  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
  18  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  19  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  20  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  21  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  22  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  23  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  24  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
  25  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  26  *
  27  * $FreeBSD$
  28  */
  29
  30 /*
  31  * Dynamic linker for ELF.
  32  *
  33  * John Polstra <jdp@polstra.com>.
  34  */
  35
  36 #include <sys/param.h>
  37 #include <sys/mman.h>
  38 #include <machine/cpufunc.h>
  39 #include <machine/specialreg.h>
  40 #include <machine/sysarch.h>
  41
  42 #include <dlfcn.h>
  43 #include <err.h>
  44 #include <errno.h>
  45 #include <fcntl.h>
  46 #include <stdarg.h>
  47 #include <stdio.h>
  48 #include <stdlib.h>
  49 #include <string.h>
  50 #include <unistd.h>
  51
  52 #include "debug.h"
  53 #include "rtld.h"
  54 #include "rtld_tls.h"
  55
  56 /*
  57  * Process the special R_X86_64_COPY relocations in the main program.  These
  58  * copy data from a shared object into a region in the main program's BSS
  59  * segment.
  60  *
  61  * Returns 0 on success, -1 on failure.
  62  */
  63 int
  64 do_copy_relocations(Obj_Entry *dstobj)
  65 {
  66     const Elf_Rela *relalim;
  67     const Elf_Rela *rela;
  68
  69     assert(dstobj->mainprog);   /* COPY relocations are invalid elsewhere */
  70
  71     relalim = (const Elf_Rela *)((const char *) dstobj->rela + dstobj->relasize);
  72     for (rela = dstobj->rela;  rela < relalim;  rela++) {
  73         if (ELF_R_TYPE(rela->r_info) == R_X86_64_COPY) {
  74             void *dstaddr;
  75             const Elf_Sym *dstsym;
  76             const char *name;
  77             size_t size;
  78             const void *srcaddr;
  79             const Elf_Sym *srcsym;
  80             const Obj_Entry *srcobj, *defobj;
  81             SymLook req;
  82             int res;
  83
  84             dstaddr = (void *)(dstobj->relocbase + rela->r_offset);
  85             dstsym = dstobj->symtab + ELF_R_SYM(rela->r_info);
  86             name = dstobj->strtab + dstsym->st_name;
  87             size = dstsym->st_size;
  88             symlook_init(&req, name);
  89             req.ventry = fetch_ventry(dstobj, ELF_R_SYM(rela->r_info));
  90             req.flags = SYMLOOK_EARLY;
  91
  92             for (srcobj = globallist_next(dstobj); srcobj != NULL;
  93               srcobj = globallist_next(srcobj)) {
  94                 res = symlook_obj(&req, srcobj);
  95                 if (res == 0) {
  96                     srcsym = req.sym_out;
  97                     defobj = req.defobj_out;
  98                     break;
  99                 }
 100             }
 101
 102             if (srcobj == NULL) {
 103                 _rtld_error("Undefined symbol \"%s\" referenced from COPY"
 104                   " relocation in %s", name, dstobj->path);
 105                 return -1;
 106             }
 107
 108             srcaddr = (const void *)(defobj->relocbase + srcsym->st_value);
 109             memcpy(dstaddr, srcaddr, size);
 110         }
 111     }
 112
 113     return 0;
 114 }
 115
 116 /* Initialize the special GOT entries. */
 117 void
 118 init_pltgot(Obj_Entry *obj)
 119 {
 120     if (obj->pltgot != NULL) {
 121         obj->pltgot[1] = (Elf_Addr) obj;
 122         obj->pltgot[2] = (Elf_Addr) &_rtld_bind_start;
 123     }
 124 }
 125
 126 /* Process the non-PLT relocations. */
 127 int
 128 reloc_non_plt(Obj_Entry *obj, Obj_Entry *obj_rtld, int flags,
 129     RtldLockState *lockstate)
 130 {
 131         const Elf_Rela *relalim;
 132         const Elf_Rela *rela;
 133         SymCache *cache;
 134         const Elf_Sym *def;
 135         const Obj_Entry *defobj;
 136         Elf_Addr *where, symval;
 137         Elf32_Addr *where32;
 138         int r;
 139
 140         r = -1;
 141         symval = 0;
 142         def = NULL;
 143
 144         /*
 145          * The dynamic loader may be called from a thread, we have
 146          * limited amounts of stack available so we cannot use alloca().
 147          */
 148         if (obj != obj_rtld) {
 149                 cache = calloc(obj->dynsymcount, sizeof(SymCache));
 150                 /* No need to check for NULL here */
 151         } else
 152                 cache = NULL;
 153
 154         relalim = (const Elf_Rela *)((const char*)obj->rela + obj->relasize);
 155         for (rela = obj->rela;  rela < relalim;  rela++) {
 156                 /*
 157                  * First, resolve symbol for relocations which
 158                  * reference symbols.
 159                  */
 160                 switch (ELF_R_TYPE(rela->r_info)) {
 161                 case R_X86_64_64:
 162                 case R_X86_64_PC32:
 163                 case R_X86_64_GLOB_DAT:
 164                 case R_X86_64_TPOFF64:
 165                 case R_X86_64_TPOFF32:
 166                 case R_X86_64_DTPMOD64:
 167                 case R_X86_64_DTPOFF64:
 168                 case R_X86_64_DTPOFF32:
 169                         def = find_symdef(ELF_R_SYM(rela->r_info), obj,
 170                             &defobj, flags, cache, lockstate);
 171                         if (def == NULL)
 172                                 goto done;
 173                         /*
 174                          * If symbol is IFUNC, only perform relocation
 175                          * when caller allowed it by passing
 176                          * SYMLOOK_IFUNC flag.  Skip the relocations
 177                          * otherwise.
 178                          *
 179                          * Also error out in case IFUNC relocations
 180                          * are specified for TLS, which cannot be
 181                          * usefully interpreted.
 182                          */
 183                         if (ELF_ST_TYPE(def->st_info) == STT_GNU_IFUNC) {
 184                                 switch (ELF_R_TYPE(rela->r_info)) {
 185                                 case R_X86_64_64:
 186                                 case R_X86_64_PC32:
 187                                 case R_X86_64_GLOB_DAT:
 188                                         if ((flags & SYMLOOK_IFUNC) == 0) {
 189                                                 obj->non_plt_gnu_ifunc = true;
 190                                                 continue;
 191                                         }
 192                                         symval = (Elf_Addr)rtld_resolve_ifunc(
 193                                             defobj, def);
 194                                         break;
 195                                 case R_X86_64_TPOFF64:
 196                                 case R_X86_64_TPOFF32:
 197                                 case R_X86_64_DTPMOD64:
 198                                 case R_X86_64_DTPOFF64:
 199                                 case R_X86_64_DTPOFF32:
 200                                         _rtld_error("%s: IFUNC for TLS reloc",
 201                                             obj->path);
 202                                         goto done;
 203                                 }
 204                         } else {
 205                                 if ((flags & SYMLOOK_IFUNC) != 0)
 206                                         continue;
 207                                 symval = (Elf_Addr)defobj->relocbase +
 208                                     def->st_value;
 209                         }
 210                         break;
 211                 default:
 212                         if ((flags & SYMLOOK_IFUNC) != 0)
 213                                 continue;
 214                         break;
 215                 }
 216                 where = (Elf_Addr *)(obj->relocbase + rela->r_offset);
 217                 where32 = (Elf32_Addr *)where;
 218
 219                 switch (ELF_R_TYPE(rela->r_info)) {
 220                 case R_X86_64_NONE:
 221                         break;
 222                 case R_X86_64_64:
 223                         *where = symval + rela->r_addend;
 224                         break;
 225                 case R_X86_64_PC32:
 226                         /*
 227                          * I don't think the dynamic linker should
 228                          * ever see this type of relocation.  But the
 229                          * binutils-2.6 tools sometimes generate it.
 230                          */
 231                         *where32 = (Elf32_Addr)(unsigned long)(symval +
 232                             rela->r_addend - (Elf_Addr)where);
 233                         break;
 234                 /* missing: R_X86_64_GOT32 R_X86_64_PLT32 */
 235                 case R_X86_64_COPY:
 236                         /*
 237                          * These are deferred until all other relocations have
 238                          * been done.  All we do here is make sure that the COPY
 239                          * relocation is not in a shared library.  They are
 240                          * allowed only in executable files.
 241                          */
 242                         if (!obj->mainprog) {
 243                                 _rtld_error("%s: Unexpected R_X86_64_COPY "
 244                                     "relocation in shared library", obj->path);
 245                                 goto done;
 246                         }
 247                         break;
 248                 case R_X86_64_GLOB_DAT:
 249                         *where = symval;
 250                         break;
 251                 case R_X86_64_TPOFF64:
 252                         /*
 253                          * We lazily allocate offsets for static TLS
 254                          * as we see the first relocation that
 255                          * references the TLS block. This allows us to
 256                          * support (small amounts of) static TLS in
 257                          * dynamically loaded modules. If we run out
 258                          * of space, we generate an error.
 259                          */
 260                         if (!defobj->tls_done) {
 261                                 if (!allocate_tls_offset(
 262                                     __DECONST(Obj_Entry *, defobj))) {
 263                                         _rtld_error("%s: No space available "
 264                                             "for static Thread Local Storage",
 265                                             obj->path);
 266                                         goto done;
 267                                 }
 268                         }
 269                         *where = (Elf_Addr)(def->st_value - defobj->tlsoffset +
 270                             rela->r_addend);
 271                         break;
 272                 case R_X86_64_TPOFF32:
 273                         /*
 274                          * We lazily allocate offsets for static TLS
 275                          * as we see the first relocation that
 276                          * references the TLS block. This allows us to
 277                          * support (small amounts of) static TLS in
 278                          * dynamically loaded modules. If we run out
 279                          * of space, we generate an error.
 280                          */
 281                         if (!defobj->tls_done) {
 282                                 if (!allocate_tls_offset(
 283                                     __DECONST(Obj_Entry *, defobj))) {
 284                                         _rtld_error("%s: No space available "
 285                                             "for static Thread Local Storage",
 286                                             obj->path);
 287                                         goto done;
 288                                 }
 289                         }
 290                         *where32 = (Elf32_Addr)(def->st_value -
 291                             defobj->tlsoffset + rela->r_addend);
 292                         break;
 293                 case R_X86_64_DTPMOD64:
 294                         *where += (Elf_Addr)defobj->tlsindex;
 295                         break;
 296                 case R_X86_64_DTPOFF64:
 297                         *where += (Elf_Addr)(def->st_value + rela->r_addend);
 298                         break;
 299                 case R_X86_64_DTPOFF32:
 300                         *where32 += (Elf32_Addr)(def->st_value +
 301                             rela->r_addend);
 302                         break;
 303                 case R_X86_64_RELATIVE:
 304                         *where = (Elf_Addr)(obj->relocbase + rela->r_addend);
 305                         break;
 306                 /*
 307                  * missing:
 308                  * R_X86_64_GOTPCREL, R_X86_64_32, R_X86_64_32S, R_X86_64_16,
 309                  * R_X86_64_PC16, R_X86_64_8, R_X86_64_PC8
 310                  */
 311                 default:
 312                         _rtld_error("%s: Unsupported relocation type %u"
 313                             " in non-PLT relocations\n", obj->path,
 314                             (unsigned int)ELF_R_TYPE(rela->r_info));
 315                         goto done;
 316                 }
 317         }
 318         r = 0;
 319 done:
 320         free(cache);
 321         return (r);
 322 }
 323
 324 /* Process the PLT relocations. */
 325 int
 326 reloc_plt(Obj_Entry *obj, int flags __unused, RtldLockState *lockstate __unused)
 327 {
 328     const Elf_Rela *relalim;
 329     const Elf_Rela *rela;
 330
 331     relalim = (const Elf_Rela *)((const char *)obj->pltrela + obj->pltrelasize);
 332     for (rela = obj->pltrela;  rela < relalim;  rela++) {
 333         Elf_Addr *where;
 334
 335         switch(ELF_R_TYPE(rela->r_info)) {
 336         case R_X86_64_JMP_SLOT:
 337           /* Relocate the GOT slot pointing into the PLT. */
 338           where = (Elf_Addr *)(obj->relocbase + rela->r_offset);
 339           *where += (Elf_Addr)obj->relocbase;
 340           break;
 341
 342         case R_X86_64_IRELATIVE:
 343           obj->irelative = true;
 344           break;
 345
 346         default:
 347           _rtld_error("Unknown relocation type %x in PLT",
 348             (unsigned int)ELF_R_TYPE(rela->r_info));
 349           return (-1);
 350         }
 351     }
 352     return 0;
 353 }
 354
 355 /* Relocate the jump slots in an object. */
 356 int
 357 reloc_jmpslots(Obj_Entry *obj, int flags, RtldLockState *lockstate)
 358 {
 359     const Elf_Rela *relalim;
 360     const Elf_Rela *rela;
 361
 362     if (obj->jmpslots_done)
 363         return 0;
 364     relalim = (const Elf_Rela *)((const char *)obj->pltrela + obj->pltrelasize);
 365     for (rela = obj->pltrela;  rela < relalim;  rela++) {
 366         Elf_Addr *where, target;
 367         const Elf_Sym *def;
 368         const Obj_Entry *defobj;
 369
 370         switch (ELF_R_TYPE(rela->r_info)) {
 371         case R_X86_64_JMP_SLOT:
 372           where = (Elf_Addr *)(obj->relocbase + rela->r_offset);
 373           def = find_symdef(ELF_R_SYM(rela->r_info), obj, &defobj,
 374                 SYMLOOK_IN_PLT | flags, NULL, lockstate);
 375           if (def == NULL)
 376               return (-1);
 377           if (ELF_ST_TYPE(def->st_info) == STT_GNU_IFUNC) {
 378               obj->gnu_ifunc = true;
 379               continue;
 380           }
 381           target = (Elf_Addr)(defobj->relocbase + def->st_value + rela->r_addend);
 382           reloc_jmpslot(where, target, defobj, obj, (const Elf_Rel *)rela);
 383           break;
 384
 385         case R_X86_64_IRELATIVE:
 386           break;
 387
 388         default:
 389           _rtld_error("Unknown relocation type %x in PLT",
 390             (unsigned int)ELF_R_TYPE(rela->r_info));
 391           return (-1);
 392         }
 393     }
 394     obj->jmpslots_done = true;
 395     return 0;
 396 }
 397
 398 /* Fixup the jump slot at "where" to transfer control to "target". */
 399 Elf_Addr
 400 reloc_jmpslot(Elf_Addr *where, Elf_Addr target,
 401     const struct Struct_Obj_Entry *obj  __unused,
 402     const struct Struct_Obj_Entry *refobj  __unused,
 403     const Elf_Rel *rel  __unused)
 404 {
 405 #ifdef dbg
 406         dbg("reloc_jmpslot: *%p = %p", where, (void *)target);
 407 #endif
 408         if (!ld_bind_not)
 409                 *where = target;
 410         return (target);
 411 }
 412
 413 int
 414 reloc_iresolve(Obj_Entry *obj, RtldLockState *lockstate)
 415 {
 416     const Elf_Rela *relalim;
 417     const Elf_Rela *rela;
 418
 419     if (!obj->irelative)
 420         return (0);
 421     relalim = (const Elf_Rela *)((const char *)obj->pltrela + obj->pltrelasize);
 422     for (rela = obj->pltrela;  rela < relalim;  rela++) {
 423         Elf_Addr *where, target, *ptr;
 424
 425         switch (ELF_R_TYPE(rela->r_info)) {
 426         case R_X86_64_JMP_SLOT:
 427           break;
 428
 429         case R_X86_64_IRELATIVE:
 430           ptr = (Elf_Addr *)(obj->relocbase + rela->r_addend);
 431           where = (Elf_Addr *)(obj->relocbase + rela->r_offset);
 432           lock_release(rtld_bind_lock, lockstate);
 433           target = call_ifunc_resolver(ptr);
 434           wlock_acquire(rtld_bind_lock, lockstate);
 435           *where = target;
 436           break;
 437         }
 438     }
 439     obj->irelative = false;
 440     return (0);
 441 }
 442
 443 int
 444 reloc_gnu_ifunc(Obj_Entry *obj, int flags, RtldLockState *lockstate)
 445 {
 446     const Elf_Rela *relalim;
 447     const Elf_Rela *rela;
 448
 449     if (!obj->gnu_ifunc)
 450         return (0);
 451     relalim = (const Elf_Rela *)((const char *)obj->pltrela + obj->pltrelasize);
 452     for (rela = obj->pltrela;  rela < relalim;  rela++) {
 453         Elf_Addr *where, target;
 454         const Elf_Sym *def;
 455         const Obj_Entry *defobj;
 456
 457         switch (ELF_R_TYPE(rela->r_info)) {
 458         case R_X86_64_JMP_SLOT:
 459           where = (Elf_Addr *)(obj->relocbase + rela->r_offset);
 460           def = find_symdef(ELF_R_SYM(rela->r_info), obj, &defobj,
 461                 SYMLOOK_IN_PLT | flags, NULL, lockstate);
 462           if (def == NULL)
 463               return (-1);
 464           if (ELF_ST_TYPE(def->st_info) != STT_GNU_IFUNC)
 465               continue;
 466           lock_release(rtld_bind_lock, lockstate);
 467           target = (Elf_Addr)rtld_resolve_ifunc(defobj, def);
 468           wlock_acquire(rtld_bind_lock, lockstate);
 469           reloc_jmpslot(where, target, defobj, obj, (const Elf_Rel *)rela);
 470           break;
 471         }
 472     }
 473     obj->gnu_ifunc = false;
 474     return (0);
 475 }
 476
 477 uint32_t cpu_feature, cpu_feature2, cpu_stdext_feature, cpu_stdext_feature2;
 478
 479 void
 480 ifunc_init(Elf_Auxinfo aux_info[__min_size(AT_COUNT)] __unused)
 481 {
 482         u_int p[4], cpu_high;
 483
 484         do_cpuid(1, p);
 485         cpu_feature = p[3];
 486         cpu_feature2 = p[2];
 487         do_cpuid(0, p);
 488         cpu_high = p[0];
 489         if (cpu_high >= 7) {
 490                 cpuid_count(7, 0, p);
 491                 cpu_stdext_feature = p[1];
 492                 cpu_stdext_feature2 = p[2];
 493         }
 494 }
 495
 496 void
 497 pre_init(void)
 498 {
 499
 500 }
 501
 502 int __getosreldate(void);
 503
 504 void
 505 allocate_initial_tls(Obj_Entry *objs)
 506 {
 507         void *addr;
 508
 509         /*
 510          * Fix the size of the static TLS block by using the maximum
 511          * offset allocated so far and adding a bit for dynamic
 512          * modules to use.
 513          */
 514         tls_static_space = tls_last_offset + RTLD_STATIC_TLS_EXTRA;
 515
 516         addr = allocate_tls(objs, 0, 3 * sizeof(Elf_Addr), sizeof(Elf_Addr));
 517         if (__getosreldate() >= P_OSREL_WRFSBASE &&
 518             (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_FSGSBASE) != 0)
 519                 wrfsbase((uintptr_t)addr);
 520         else
 521                 sysarch(AMD64_SET_FSBASE, &addr);
 522 }
 523
 524 void *__tls_get_addr(tls_index *ti)
 525 {
 526     Elf_Addr** segbase;
 527
 528     __asm __volatile("movq %%fs:0, %0" : "=r" (segbase));
 529
 530     return tls_get_addr_common(&segbase[1], ti->ti_module, ti->ti_offset);
 531 }