arch/arm64/net/bpf_jit_comp.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * BPF JIT compiler for ARM64
   4  *
   5  * Copyright (C) 2014-2016 Zi Shen Lim <zlim.lnx@gmail.com>
   6  */
   7
   8 #define pr_fmt(fmt) "bpf_jit: " fmt
   9
  10 #include <linux/bitfield.h>
  11 #include <linux/bpf.h>
  12 #include <linux/filter.h>
  13 #include <linux/memory.h>
  14 #include <linux/printk.h>
  15 #include <linux/slab.h>
  16
  17 #include <asm/asm-extable.h>
  18 #include <asm/byteorder.h>
  19 #include <asm/cacheflush.h>
  20 #include <asm/debug-monitors.h>
  21 #include <asm/insn.h>
  22 #include <asm/patching.h>
  23 #include <asm/set_memory.h>
  24
  25 #include "bpf_jit.h"
  26
  27 #define TMP_REG_1 (MAX_BPF_JIT_REG + 0)
  28 #define TMP_REG_2 (MAX_BPF_JIT_REG + 1)
  29 #define TCALL_CNT (MAX_BPF_JIT_REG + 2)
  30 #define TMP_REG_3 (MAX_BPF_JIT_REG + 3)
  31 #define FP_BOTTOM (MAX_BPF_JIT_REG + 4)
  32
  33 #define check_imm(bits, imm) do {                               \
  34         if ((((imm) > 0) && ((imm) >> (bits))) ||               \
  35             (((imm) < 0) && (~(imm) >> (bits)))) {              \
  36                 pr_info("[%2d] imm=%d(0x%x) out of range\n",    \
  37                         i, imm, imm);                           \
  38                 return -EINVAL;                                 \
  39         }                                                       \
  40 } while (0)
  41 #define check_imm19(imm) check_imm(19, imm)
  42 #define check_imm26(imm) check_imm(26, imm)
  43
  44 /* Map BPF registers to A64 registers */
  45 static const int bpf2a64[] = {
  46         /* return value from in-kernel function, and exit value from eBPF */
  47         [BPF_REG_0] = A64_R(7),
  48         /* arguments from eBPF program to in-kernel function */
  49         [BPF_REG_1] = A64_R(0),
  50         [BPF_REG_2] = A64_R(1),
  51         [BPF_REG_3] = A64_R(2),
  52         [BPF_REG_4] = A64_R(3),
  53         [BPF_REG_5] = A64_R(4),
  54         /* callee saved registers that in-kernel function will preserve */
  55         [BPF_REG_6] = A64_R(19),
  56         [BPF_REG_7] = A64_R(20),
  57         [BPF_REG_8] = A64_R(21),
  58         [BPF_REG_9] = A64_R(22),
  59         /* read-only frame pointer to access stack */
  60         [BPF_REG_FP] = A64_R(25),
  61         /* temporary registers for BPF JIT */
  62         [TMP_REG_1] = A64_R(10),
  63         [TMP_REG_2] = A64_R(11),
  64         [TMP_REG_3] = A64_R(12),
  65         /* tail_call_cnt */
  66         [TCALL_CNT] = A64_R(26),
  67         /* temporary register for blinding constants */
  68         [BPF_REG_AX] = A64_R(9),
  69         [FP_BOTTOM] = A64_R(27),
  70 };
  71
  72 struct jit_ctx {
  73         const struct bpf_prog *prog;
  74         int idx;
  75         int epilogue_offset;
  76         int *offset;
  77         int exentry_idx;
  78         __le32 *image;
  79         u32 stack_size;
  80         int fpb_offset;
  81 };
  82
  83 struct bpf_plt {
  84         u32 insn_ldr; /* load target */
  85         u32 insn_br;  /* branch to target */
  86         u64 target;   /* target value */
  87 };
  88
  89 #define PLT_TARGET_SIZE   sizeof_field(struct bpf_plt, target)
  90 #define PLT_TARGET_OFFSET offsetof(struct bpf_plt, target)
  91
  92 static inline void emit(const u32 insn, struct jit_ctx *ctx)
  93 {
  94         if (ctx->image != NULL)
  95                 ctx->image[ctx->idx] = cpu_to_le32(insn);
  96
  97         ctx->idx++;
  98 }
  99
 100 static inline void emit_a64_mov_i(const int is64, const int reg,
 101                                   const s32 val, struct jit_ctx *ctx)
 102 {
 103         u16 hi = val >> 16;
 104         u16 lo = val & 0xffff;
 105
 106         if (hi & 0x8000) {
 107                 if (hi == 0xffff) {
 108                         emit(A64_MOVN(is64, reg, (u16)~lo, 0), ctx);
 109                 } else {
 110                         emit(A64_MOVN(is64, reg, (u16)~hi, 16), ctx);
 111                         if (lo != 0xffff)
 112                                 emit(A64_MOVK(is64, reg, lo, 0), ctx);
 113                 }
 114         } else {
 115                 emit(A64_MOVZ(is64, reg, lo, 0), ctx);
 116                 if (hi)
 117                         emit(A64_MOVK(is64, reg, hi, 16), ctx);
 118         }
 119 }
 120
 121 static int i64_i16_blocks(const u64 val, bool inverse)
 122 {
 123         return (((val >>  0) & 0xffff) != (inverse ? 0xffff : 0x0000)) +
 124                (((val >> 16) & 0xffff) != (inverse ? 0xffff : 0x0000)) +
 125                (((val >> 32) & 0xffff) != (inverse ? 0xffff : 0x0000)) +
 126                (((val >> 48) & 0xffff) != (inverse ? 0xffff : 0x0000));
 127 }
 128
 129 static inline void emit_a64_mov_i64(const int reg, const u64 val,
 130                                     struct jit_ctx *ctx)
 131 {
 132         u64 nrm_tmp = val, rev_tmp = ~val;
 133         bool inverse;
 134         int shift;
 135
 136         if (!(nrm_tmp >> 32))
 137                 return emit_a64_mov_i(0, reg, (u32)val, ctx);
 138
 139         inverse = i64_i16_blocks(nrm_tmp, true) < i64_i16_blocks(nrm_tmp, false);
 140         shift = max(round_down((inverse ? (fls64(rev_tmp) - 1) :
 141                                           (fls64(nrm_tmp) - 1)), 16), 0);
 142         if (inverse)
 143                 emit(A64_MOVN(1, reg, (rev_tmp >> shift) & 0xffff, shift), ctx);
 144         else
 145                 emit(A64_MOVZ(1, reg, (nrm_tmp >> shift) & 0xffff, shift), ctx);
 146         shift -= 16;
 147         while (shift >= 0) {
 148                 if (((nrm_tmp >> shift) & 0xffff) != (inverse ? 0xffff : 0x0000))
 149                         emit(A64_MOVK(1, reg, (nrm_tmp >> shift) & 0xffff, shift), ctx);
 150                 shift -= 16;
 151         }
 152 }
 153
 154 static inline void emit_bti(u32 insn, struct jit_ctx *ctx)
 155 {
 156         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_BTI_KERNEL))
 157                 emit(insn, ctx);
 158 }
 159
 160 /*
 161  * Kernel addresses in the vmalloc space use at most 48 bits, and the
 162  * remaining bits are guaranteed to be 0x1. So we can compose the address
 163  * with a fixed length movn/movk/movk sequence.
 164  */
 165 static inline void emit_addr_mov_i64(const int reg, const u64 val,
 166                                      struct jit_ctx *ctx)
 167 {
 168         u64 tmp = val;
 169         int shift = 0;
 170
 171         emit(A64_MOVN(1, reg, ~tmp & 0xffff, shift), ctx);
 172         while (shift < 32) {
 173                 tmp >>= 16;
 174                 shift += 16;
 175                 emit(A64_MOVK(1, reg, tmp & 0xffff, shift), ctx);
 176         }
 177 }
 178
 179 static inline void emit_call(u64 target, struct jit_ctx *ctx)
 180 {
 181         u8 tmp = bpf2a64[TMP_REG_1];
 182
 183         emit_addr_mov_i64(tmp, target, ctx);
 184         emit(A64_BLR(tmp), ctx);
 185 }
 186
 187 static inline int bpf2a64_offset(int bpf_insn, int off,
 188                                  const struct jit_ctx *ctx)
 189 {
 190         /* BPF JMP offset is relative to the next instruction */
 191         bpf_insn++;
 192         /*
 193          * Whereas arm64 branch instructions encode the offset
 194          * from the branch itself, so we must subtract 1 from the
 195          * instruction offset.
 196          */
 197         return ctx->offset[bpf_insn + off] - (ctx->offset[bpf_insn] - 1);
 198 }
 199
 200 static void jit_fill_hole(void *area, unsigned int size)
 201 {
 202         __le32 *ptr;
 203         /* We are guaranteed to have aligned memory. */
 204         for (ptr = area; size >= sizeof(u32); size -= sizeof(u32))
 205                 *ptr++ = cpu_to_le32(AARCH64_BREAK_FAULT);
 206 }
 207
 208 static inline int epilogue_offset(const struct jit_ctx *ctx)
 209 {
 210         int to = ctx->epilogue_offset;
 211         int from = ctx->idx;
 212
 213         return to - from;
 214 }
 215
 216 static bool is_addsub_imm(u32 imm)
 217 {
 218         /* Either imm12 or shifted imm12. */
 219         return !(imm & ~0xfff) || !(imm & ~0xfff000);
 220 }
 221
 222 /*
 223  * There are 3 types of AArch64 LDR/STR (immediate) instruction:
 224  * Post-index, Pre-index, Unsigned offset.
 225  *
 226  * For BPF ldr/str, the "unsigned offset" type is sufficient.
 227  *
 228  * "Unsigned offset" type LDR(immediate) format:
 229  *
 230  *    3                   2                   1                   0
 231  *  1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
 232  * +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 233  * |x x|1 1 1 0 0 1 0 1|         imm12         |    Rn   |    Rt   |
 234  * +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 235  * scale
 236  *
 237  * "Unsigned offset" type STR(immediate) format:
 238  *    3                   2                   1                   0
 239  *  1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
 240  * +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 241  * |x x|1 1 1 0 0 1 0 0|         imm12         |    Rn   |    Rt   |
 242  * +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 243  * scale
 244  *
 245  * The offset is calculated from imm12 and scale in the following way:
 246  *
 247  * offset = (u64)imm12 << scale
 248  */
 249 static bool is_lsi_offset(int offset, int scale)
 250 {
 251         if (offset < 0)
 252                 return false;
 253
 254         if (offset > (0xFFF << scale))
 255                 return false;
 256
 257         if (offset & ((1 << scale) - 1))
 258                 return false;
 259
 260         return true;
 261 }
 262
 263 /* generated prologue:
 264  *      bti c // if CONFIG_ARM64_BTI_KERNEL
 265  *      mov x9, lr
 266  *      nop  // POKE_OFFSET
 267  *      paciasp // if CONFIG_ARM64_PTR_AUTH_KERNEL
 268  *      stp x29, lr, [sp, #-16]!
 269  *      mov x29, sp
 270  *      stp x19, x20, [sp, #-16]!
 271  *      stp x21, x22, [sp, #-16]!
 272  *      stp x25, x26, [sp, #-16]!
 273  *      stp x27, x28, [sp, #-16]!
 274  *      mov x25, sp
 275  *      mov tcc, #0
 276  *      // PROLOGUE_OFFSET
 277  */
 278
 279 #define BTI_INSNS (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_BTI_KERNEL) ? 1 : 0)
 280 #define PAC_INSNS (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_PTR_AUTH_KERNEL) ? 1 : 0)
 281
 282 /* Offset of nop instruction in bpf prog entry to be poked */
 283 #define POKE_OFFSET (BTI_INSNS + 1)
 284
 285 /* Tail call offset to jump into */
 286 #define PROLOGUE_OFFSET (BTI_INSNS + 2 + PAC_INSNS + 8)
 287
 288 static int build_prologue(struct jit_ctx *ctx, bool ebpf_from_cbpf)
 289 {
 290         const struct bpf_prog *prog = ctx->prog;
 291         const bool is_main_prog = prog->aux->func_idx == 0;
 292         const u8 r6 = bpf2a64[BPF_REG_6];
 293         const u8 r7 = bpf2a64[BPF_REG_7];
 294         const u8 r8 = bpf2a64[BPF_REG_8];
 295         const u8 r9 = bpf2a64[BPF_REG_9];
 296         const u8 fp = bpf2a64[BPF_REG_FP];
 297         const u8 tcc = bpf2a64[TCALL_CNT];
 298         const u8 fpb = bpf2a64[FP_BOTTOM];
 299         const int idx0 = ctx->idx;
 300         int cur_offset;
 301
 302         /*
 303          * BPF prog stack layout
 304          *
 305          *                         high
 306          * original A64_SP =>   0:+-----+ BPF prologue
 307          *                        |FP/LR|
 308          * current A64_FP =>  -16:+-----+
 309          *                        | ... | callee saved registers
 310          * BPF fp register => -64:+-----+ <= (BPF_FP)
 311          *                        |     |
 312          *                        | ... | BPF prog stack
 313          *                        |     |
 314          *                        +-----+ <= (BPF_FP - prog->aux->stack_depth)
 315          *                        |RSVD | padding
 316          * current A64_SP =>      +-----+ <= (BPF_FP - ctx->stack_size)
 317          *                        |     |
 318          *                        | ... | Function call stack
 319          *                        |     |
 320          *                        +-----+
 321          *                          low
 322          *
 323          */
 324
 325         emit_bti(A64_BTI_C, ctx);
 326
 327         emit(A64_MOV(1, A64_R(9), A64_LR), ctx);
 328         emit(A64_NOP, ctx);
 329
 330         /* Sign lr */
 331         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_PTR_AUTH_KERNEL))
 332                 emit(A64_PACIASP, ctx);
 333
 334         /* Save FP and LR registers to stay align with ARM64 AAPCS */
 335         emit(A64_PUSH(A64_FP, A64_LR, A64_SP), ctx);
 336         emit(A64_MOV(1, A64_FP, A64_SP), ctx);
 337
 338         /* Save callee-saved registers */
 339         emit(A64_PUSH(r6, r7, A64_SP), ctx);
 340         emit(A64_PUSH(r8, r9, A64_SP), ctx);
 341         emit(A64_PUSH(fp, tcc, A64_SP), ctx);
 342         emit(A64_PUSH(fpb, A64_R(28), A64_SP), ctx);
 343
 344         /* Set up BPF prog stack base register */
 345         emit(A64_MOV(1, fp, A64_SP), ctx);
 346
 347         if (!ebpf_from_cbpf && is_main_prog) {
 348                 /* Initialize tail_call_cnt */
 349                 emit(A64_MOVZ(1, tcc, 0, 0), ctx);
 350
 351                 cur_offset = ctx->idx - idx0;
 352                 if (cur_offset != PROLOGUE_OFFSET) {
 353                         pr_err_once("PROLOGUE_OFFSET = %d, expected %d!\n",
 354                                     cur_offset, PROLOGUE_OFFSET);
 355                         return -1;
 356                 }
 357
 358                 /* BTI landing pad for the tail call, done with a BR */
 359                 emit_bti(A64_BTI_J, ctx);
 360         }
 361
 362         emit(A64_SUB_I(1, fpb, fp, ctx->fpb_offset), ctx);
 363
 364         /* Stack must be multiples of 16B */
 365         ctx->stack_size = round_up(prog->aux->stack_depth, 16);
 366
 367         /* Set up function call stack */
 368         emit(A64_SUB_I(1, A64_SP, A64_SP, ctx->stack_size), ctx);
 369         return 0;
 370 }
 371
 372 static int out_offset = -1; /* initialized on the first pass of build_body() */
 373 static int emit_bpf_tail_call(struct jit_ctx *ctx)
 374 {
 375         /* bpf_tail_call(void *prog_ctx, struct bpf_array *array, u64 index) */
 376         const u8 r2 = bpf2a64[BPF_REG_2];
 377         const u8 r3 = bpf2a64[BPF_REG_3];
 378
 379         const u8 tmp = bpf2a64[TMP_REG_1];
 380         const u8 prg = bpf2a64[TMP_REG_2];
 381         const u8 tcc = bpf2a64[TCALL_CNT];
 382         const int idx0 = ctx->idx;
 383 #define cur_offset (ctx->idx - idx0)
 384 #define jmp_offset (out_offset - (cur_offset))
 385         size_t off;
 386
 387         /* if (index >= array->map.max_entries)
 388          *     goto out;
 389          */
 390         off = offsetof(struct bpf_array, map.max_entries);
 391         emit_a64_mov_i64(tmp, off, ctx);
 392         emit(A64_LDR32(tmp, r2, tmp), ctx);
 393         emit(A64_MOV(0, r3, r3), ctx);
 394         emit(A64_CMP(0, r3, tmp), ctx);
 395         emit(A64_B_(A64_COND_CS, jmp_offset), ctx);
 396
 397         /*
 398          * if (tail_call_cnt >= MAX_TAIL_CALL_CNT)
 399          *     goto out;
 400          * tail_call_cnt++;
 401          */
 402         emit_a64_mov_i64(tmp, MAX_TAIL_CALL_CNT, ctx);
 403         emit(A64_CMP(1, tcc, tmp), ctx);
 404         emit(A64_B_(A64_COND_CS, jmp_offset), ctx);
 405         emit(A64_ADD_I(1, tcc, tcc, 1), ctx);
 406
 407         /* prog = array->ptrs[index];
 408          * if (prog == NULL)
 409          *     goto out;
 410          */
 411         off = offsetof(struct bpf_array, ptrs);
 412         emit_a64_mov_i64(tmp, off, ctx);
 413         emit(A64_ADD(1, tmp, r2, tmp), ctx);
 414         emit(A64_LSL(1, prg, r3, 3), ctx);
 415         emit(A64_LDR64(prg, tmp, prg), ctx);
 416         emit(A64_CBZ(1, prg, jmp_offset), ctx);
 417
 418         /* goto *(prog->bpf_func + prologue_offset); */
 419         off = offsetof(struct bpf_prog, bpf_func);
 420         emit_a64_mov_i64(tmp, off, ctx);
 421         emit(A64_LDR64(tmp, prg, tmp), ctx);
 422         emit(A64_ADD_I(1, tmp, tmp, sizeof(u32) * PROLOGUE_OFFSET), ctx);
 423         emit(A64_ADD_I(1, A64_SP, A64_SP, ctx->stack_size), ctx);
 424         emit(A64_BR(tmp), ctx);
 425
 426         /* out: */
 427         if (out_offset == -1)
 428                 out_offset = cur_offset;
 429         if (cur_offset != out_offset) {
 430                 pr_err_once("tail_call out_offset = %d, expected %d!\n",
 431                             cur_offset, out_offset);
 432                 return -1;
 433         }
 434         return 0;
 435 #undef cur_offset
 436 #undef jmp_offset
 437 }
 438
 439 #ifdef CONFIG_ARM64_LSE_ATOMICS
 440 static int emit_lse_atomic(const struct bpf_insn *insn, struct jit_ctx *ctx)
 441 {
 442         const u8 code = insn->code;
 443         const u8 dst = bpf2a64[insn->dst_reg];
 444         const u8 src = bpf2a64[insn->src_reg];
 445         const u8 tmp = bpf2a64[TMP_REG_1];
 446         const u8 tmp2 = bpf2a64[TMP_REG_2];
 447         const bool isdw = BPF_SIZE(code) == BPF_DW;
 448         const s16 off = insn->off;
 449         u8 reg;
 450
 451         if (!off) {
 452                 reg = dst;
 453         } else {
 454                 emit_a64_mov_i(1, tmp, off, ctx);
 455                 emit(A64_ADD(1, tmp, tmp, dst), ctx);
 456                 reg = tmp;
 457         }
 458
 459         switch (insn->imm) {
 460         /* lock *(u32/u64 *)(dst_reg + off) <op>= src_reg */
 461         case BPF_ADD:
 462                 emit(A64_STADD(isdw, reg, src), ctx);
 463                 break;
 464         case BPF_AND:
 465                 emit(A64_MVN(isdw, tmp2, src), ctx);
 466                 emit(A64_STCLR(isdw, reg, tmp2), ctx);
 467                 break;
 468         case BPF_OR:
 469                 emit(A64_STSET(isdw, reg, src), ctx);
 470                 break;
 471         case BPF_XOR:
 472                 emit(A64_STEOR(isdw, reg, src), ctx);
 473                 break;
 474         /* src_reg = atomic_fetch_<op>(dst_reg + off, src_reg) */
 475         case BPF_ADD | BPF_FETCH:
 476                 emit(A64_LDADDAL(isdw, src, reg, src), ctx);
 477                 break;
 478         case BPF_AND | BPF_FETCH:
 479                 emit(A64_MVN(isdw, tmp2, src), ctx);
 480                 emit(A64_LDCLRAL(isdw, src, reg, tmp2), ctx);
 481                 break;
 482         case BPF_OR | BPF_FETCH:
 483                 emit(A64_LDSETAL(isdw, src, reg, src), ctx);
 484                 break;
 485         case BPF_XOR | BPF_FETCH:
 486                 emit(A64_LDEORAL(isdw, src, reg, src), ctx);
 487                 break;
 488         /* src_reg = atomic_xchg(dst_reg + off, src_reg); */
 489         case BPF_XCHG:
 490                 emit(A64_SWPAL(isdw, src, reg, src), ctx);
 491                 break;
 492         /* r0 = atomic_cmpxchg(dst_reg + off, r0, src_reg); */
 493         case BPF_CMPXCHG:
 494                 emit(A64_CASAL(isdw, src, reg, bpf2a64[BPF_REG_0]), ctx);
 495                 break;
 496         default:
 497                 pr_err_once("unknown atomic op code %02x\n", insn->imm);
 498                 return -EINVAL;
 499         }
 500
 501         return 0;
 502 }
 503 #else
 504 static inline int emit_lse_atomic(const struct bpf_insn *insn, struct jit_ctx *ctx)
 505 {
 506         return -EINVAL;
 507 }
 508 #endif
 509
 510 static int emit_ll_sc_atomic(const struct bpf_insn *insn, struct jit_ctx *ctx)
 511 {
 512         const u8 code = insn->code;
 513         const u8 dst = bpf2a64[insn->dst_reg];
 514         const u8 src = bpf2a64[insn->src_reg];
 515         const u8 tmp = bpf2a64[TMP_REG_1];
 516         const u8 tmp2 = bpf2a64[TMP_REG_2];
 517         const u8 tmp3 = bpf2a64[TMP_REG_3];
 518         const int i = insn - ctx->prog->insnsi;
 519         const s32 imm = insn->imm;
 520         const s16 off = insn->off;
 521         const bool isdw = BPF_SIZE(code) == BPF_DW;
 522         u8 reg;
 523         s32 jmp_offset;
 524
 525         if (!off) {
 526                 reg = dst;
 527         } else {
 528                 emit_a64_mov_i(1, tmp, off, ctx);
 529                 emit(A64_ADD(1, tmp, tmp, dst), ctx);
 530                 reg = tmp;
 531         }
 532
 533         if (imm == BPF_ADD || imm == BPF_AND ||
 534             imm == BPF_OR || imm == BPF_XOR) {
 535                 /* lock *(u32/u64 *)(dst_reg + off) <op>= src_reg */
 536                 emit(A64_LDXR(isdw, tmp2, reg), ctx);
 537                 if (imm == BPF_ADD)
 538                         emit(A64_ADD(isdw, tmp2, tmp2, src), ctx);
 539                 else if (imm == BPF_AND)
 540                         emit(A64_AND(isdw, tmp2, tmp2, src), ctx);
 541                 else if (imm == BPF_OR)
 542                         emit(A64_ORR(isdw, tmp2, tmp2, src), ctx);
 543                 else
 544                         emit(A64_EOR(isdw, tmp2, tmp2, src), ctx);
 545                 emit(A64_STXR(isdw, tmp2, reg, tmp3), ctx);
 546                 jmp_offset = -3;
 547                 check_imm19(jmp_offset);
 548                 emit(A64_CBNZ(0, tmp3, jmp_offset), ctx);
 549         } else if (imm == (BPF_ADD | BPF_FETCH) ||
 550                    imm == (BPF_AND | BPF_FETCH) ||
 551                    imm == (BPF_OR | BPF_FETCH) ||
 552                    imm == (BPF_XOR | BPF_FETCH)) {
 553                 /* src_reg = atomic_fetch_<op>(dst_reg + off, src_reg) */
 554                 const u8 ax = bpf2a64[BPF_REG_AX];
 555
 556                 emit(A64_MOV(isdw, ax, src), ctx);
 557                 emit(A64_LDXR(isdw, src, reg), ctx);
 558                 if (imm == (BPF_ADD | BPF_FETCH))
 559                         emit(A64_ADD(isdw, tmp2, src, ax), ctx);
 560                 else if (imm == (BPF_AND | BPF_FETCH))
 561                         emit(A64_AND(isdw, tmp2, src, ax), ctx);
 562                 else if (imm == (BPF_OR | BPF_FETCH))
 563                         emit(A64_ORR(isdw, tmp2, src, ax), ctx);
 564                 else
 565                         emit(A64_EOR(isdw, tmp2, src, ax), ctx);
 566                 emit(A64_STLXR(isdw, tmp2, reg, tmp3), ctx);
 567                 jmp_offset = -3;
 568                 check_imm19(jmp_offset);
 569                 emit(A64_CBNZ(0, tmp3, jmp_offset), ctx);
 570                 emit(A64_DMB_ISH, ctx);
 571         } else if (imm == BPF_XCHG) {
 572                 /* src_reg = atomic_xchg(dst_reg + off, src_reg); */
 573                 emit(A64_MOV(isdw, tmp2, src), ctx);
 574                 emit(A64_LDXR(isdw, src, reg), ctx);
 575                 emit(A64_STLXR(isdw, tmp2, reg, tmp3), ctx);
 576                 jmp_offset = -2;
 577                 check_imm19(jmp_offset);
 578                 emit(A64_CBNZ(0, tmp3, jmp_offset), ctx);
 579                 emit(A64_DMB_ISH, ctx);
 580         } else if (imm == BPF_CMPXCHG) {
 581                 /* r0 = atomic_cmpxchg(dst_reg + off, r0, src_reg); */
 582                 const u8 r0 = bpf2a64[BPF_REG_0];
 583
 584                 emit(A64_MOV(isdw, tmp2, r0), ctx);
 585                 emit(A64_LDXR(isdw, r0, reg), ctx);
 586                 emit(A64_EOR(isdw, tmp3, r0, tmp2), ctx);
 587                 jmp_offset = 4;
 588                 check_imm19(jmp_offset);
 589                 emit(A64_CBNZ(isdw, tmp3, jmp_offset), ctx);
 590                 emit(A64_STLXR(isdw, src, reg, tmp3), ctx);
 591                 jmp_offset = -4;
 592                 check_imm19(jmp_offset);
 593                 emit(A64_CBNZ(0, tmp3, jmp_offset), ctx);
 594                 emit(A64_DMB_ISH, ctx);
 595         } else {
 596                 pr_err_once("unknown atomic op code %02x\n", imm);
 597                 return -EINVAL;
 598         }
 599
 600         return 0;
 601 }
 602
 603 void dummy_tramp(void);
 604
 605 asm (
 606 "       .pushsection .text, \"ax\", @progbits\n"
 607 "       .global dummy_tramp\n"
 608 "       .type dummy_tramp, %function\n"
 609 "dummy_tramp:"
 610 #if IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_BTI_KERNEL)
 611 "       bti j\n" /* dummy_tramp is called via "br x10" */
 612 #endif
 613 "       mov x10, x30\n"
 614 "       mov x30, x9\n"
 615 "       ret x10\n"
 616 "       .size dummy_tramp, .-dummy_tramp\n"
 617 "       .popsection\n"
 618 );
 619
 620 /* build a plt initialized like this:
 621  *
 622  * plt:
 623  *      ldr tmp, target
 624  *      br tmp
 625  * target:
 626  *      .quad dummy_tramp
 627  *
 628  * when a long jump trampoline is attached, target is filled with the
 629  * trampoline address, and when the trampoline is removed, target is
 630  * restored to dummy_tramp address.
 631  */
 632 static void build_plt(struct jit_ctx *ctx)
 633 {
 634         const u8 tmp = bpf2a64[TMP_REG_1];
 635         struct bpf_plt *plt = NULL;
 636
 637         /* make sure target is 64-bit aligned */
 638         if ((ctx->idx + PLT_TARGET_OFFSET / AARCH64_INSN_SIZE) % 2)
 639                 emit(A64_NOP, ctx);
 640
 641         plt = (struct bpf_plt *)(ctx->image + ctx->idx);
 642         /* plt is called via bl, no BTI needed here */
 643         emit(A64_LDR64LIT(tmp, 2 * AARCH64_INSN_SIZE), ctx);
 644         emit(A64_BR(tmp), ctx);
 645
 646         if (ctx->image)
 647                 plt->target = (u64)&dummy_tramp;
 648 }
 649
 650 static void build_epilogue(struct jit_ctx *ctx)
 651 {
 652         const u8 r0 = bpf2a64[BPF_REG_0];
 653         const u8 r6 = bpf2a64[BPF_REG_6];
 654         const u8 r7 = bpf2a64[BPF_REG_7];
 655         const u8 r8 = bpf2a64[BPF_REG_8];
 656         const u8 r9 = bpf2a64[BPF_REG_9];
 657         const u8 fp = bpf2a64[BPF_REG_FP];
 658         const u8 fpb = bpf2a64[FP_BOTTOM];
 659
 660         /* We're done with BPF stack */
 661         emit(A64_ADD_I(1, A64_SP, A64_SP, ctx->stack_size), ctx);
 662
 663         /* Restore x27 and x28 */
 664         emit(A64_POP(fpb, A64_R(28), A64_SP), ctx);
 665         /* Restore fs (x25) and x26 */
 666         emit(A64_POP(fp, A64_R(26), A64_SP), ctx);
 667
 668         /* Restore callee-saved register */
 669         emit(A64_POP(r8, r9, A64_SP), ctx);
 670         emit(A64_POP(r6, r7, A64_SP), ctx);
 671
 672         /* Restore FP/LR registers */
 673         emit(A64_POP(A64_FP, A64_LR, A64_SP), ctx);
 674
 675         /* Set return value */
 676         emit(A64_MOV(1, A64_R(0), r0), ctx);
 677
 678         /* Authenticate lr */
 679         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_PTR_AUTH_KERNEL))
 680                 emit(A64_AUTIASP, ctx);
 681
 682         emit(A64_RET(A64_LR), ctx);
 683 }
 684
 685 #define BPF_FIXUP_OFFSET_MASK   GENMASK(26, 0)
 686 #define BPF_FIXUP_REG_MASK      GENMASK(31, 27)
 687
 688 bool ex_handler_bpf(const struct exception_table_entry *ex,
 689                     struct pt_regs *regs)
 690 {
 691         off_t offset = FIELD_GET(BPF_FIXUP_OFFSET_MASK, ex->fixup);
 692         int dst_reg = FIELD_GET(BPF_FIXUP_REG_MASK, ex->fixup);
 693
 694         regs->regs[dst_reg] = 0;
 695         regs->pc = (unsigned long)&ex->fixup - offset;
 696         return true;
 697 }
 698
 699 /* For accesses to BTF pointers, add an entry to the exception table */
 700 static int add_exception_handler(const struct bpf_insn *insn,
 701                                  struct jit_ctx *ctx,
 702                                  int dst_reg)
 703 {
 704         off_t offset;
 705         unsigned long pc;
 706         struct exception_table_entry *ex;
 707
 708         if (!ctx->image)
 709                 /* First pass */
 710                 return 0;
 711
 712         if (BPF_MODE(insn->code) != BPF_PROBE_MEM)
 713                 return 0;
 714
 715         if (!ctx->prog->aux->extable ||
 716             WARN_ON_ONCE(ctx->exentry_idx >= ctx->prog->aux->num_exentries))
 717                 return -EINVAL;
 718
 719         ex = &ctx->prog->aux->extable[ctx->exentry_idx];
 720         pc = (unsigned long)&ctx->image[ctx->idx - 1];
 721
 722         offset = pc - (long)&ex->insn;
 723         if (WARN_ON_ONCE(offset >= 0 || offset < INT_MIN))
 724                 return -ERANGE;
 725         ex->insn = offset;
 726
 727         /*
 728          * Since the extable follows the program, the fixup offset is always
 729          * negative and limited to BPF_JIT_REGION_SIZE. Store a positive value
 730          * to keep things simple, and put the destination register in the upper
 731          * bits. We don't need to worry about buildtime or runtime sort
 732          * modifying the upper bits because the table is already sorted, and
 733          * isn't part of the main exception table.
 734          */
 735         offset = (long)&ex->fixup - (pc + AARCH64_INSN_SIZE);
 736         if (!FIELD_FIT(BPF_FIXUP_OFFSET_MASK, offset))
 737                 return -ERANGE;
 738
 739         ex->fixup = FIELD_PREP(BPF_FIXUP_OFFSET_MASK, offset) |
 740                     FIELD_PREP(BPF_FIXUP_REG_MASK, dst_reg);
 741
 742         ex->type = EX_TYPE_BPF;
 743
 744         ctx->exentry_idx++;
 745         return 0;
 746 }
 747
 748 /* JITs an eBPF instruction.
 749  * Returns:
 750  * 0  - successfully JITed an 8-byte eBPF instruction.
 751  * >0 - successfully JITed a 16-byte eBPF instruction.
 752  * <0 - failed to JIT.
 753  */
 754 static int build_insn(const struct bpf_insn *insn, struct jit_ctx *ctx,
 755                       bool extra_pass)
 756 {
 757         const u8 code = insn->code;
 758         const u8 dst = bpf2a64[insn->dst_reg];
 759         const u8 src = bpf2a64[insn->src_reg];
 760         const u8 tmp = bpf2a64[TMP_REG_1];
 761         const u8 tmp2 = bpf2a64[TMP_REG_2];
 762         const u8 fp = bpf2a64[BPF_REG_FP];
 763         const u8 fpb = bpf2a64[FP_BOTTOM];
 764         const s16 off = insn->off;
 765         const s32 imm = insn->imm;
 766         const int i = insn - ctx->prog->insnsi;
 767         const bool is64 = BPF_CLASS(code) == BPF_ALU64 ||
 768                           BPF_CLASS(code) == BPF_JMP;
 769         u8 jmp_cond;
 770         s32 jmp_offset;
 771         u32 a64_insn;
 772         u8 src_adj;
 773         u8 dst_adj;
 774         int off_adj;
 775         int ret;
 776
 777         switch (code) {
 778         /* dst = src */
 779         case BPF_ALU | BPF_MOV | BPF_X:
 780         case BPF_ALU64 | BPF_MOV | BPF_X:
 781                 emit(A64_MOV(is64, dst, src), ctx);
 782                 break;
 783         /* dst = dst OP src */
 784         case BPF_ALU | BPF_ADD | BPF_X:
 785         case BPF_ALU64 | BPF_ADD | BPF_X:
 786                 emit(A64_ADD(is64, dst, dst, src), ctx);
 787                 break;
 788         case BPF_ALU | BPF_SUB | BPF_X:
 789         case BPF_ALU64 | BPF_SUB | BPF_X:
 790                 emit(A64_SUB(is64, dst, dst, src), ctx);
 791                 break;
 792         case BPF_ALU | BPF_AND | BPF_X:
 793         case BPF_ALU64 | BPF_AND | BPF_X:
 794                 emit(A64_AND(is64, dst, dst, src), ctx);
 795                 break;
 796         case BPF_ALU | BPF_OR | BPF_X:
 797         case BPF_ALU64 | BPF_OR | BPF_X:
 798                 emit(A64_ORR(is64, dst, dst, src), ctx);
 799                 break;
 800         case BPF_ALU | BPF_XOR | BPF_X:
 801         case BPF_ALU64 | BPF_XOR | BPF_X:
 802                 emit(A64_EOR(is64, dst, dst, src), ctx);
 803                 break;
 804         case BPF_ALU | BPF_MUL | BPF_X:
 805         case BPF_ALU64 | BPF_MUL | BPF_X:
 806                 emit(A64_MUL(is64, dst, dst, src), ctx);
 807                 break;
 808         case BPF_ALU | BPF_DIV | BPF_X:
 809         case BPF_ALU64 | BPF_DIV | BPF_X:
 810                 emit(A64_UDIV(is64, dst, dst, src), ctx);
 811                 break;
 812         case BPF_ALU | BPF_MOD | BPF_X:
 813         case BPF_ALU64 | BPF_MOD | BPF_X:
 814                 emit(A64_UDIV(is64, tmp, dst, src), ctx);
 815                 emit(A64_MSUB(is64, dst, dst, tmp, src), ctx);
 816                 break;
 817         case BPF_ALU | BPF_LSH | BPF_X:
 818         case BPF_ALU64 | BPF_LSH | BPF_X:
 819                 emit(A64_LSLV(is64, dst, dst, src), ctx);
 820                 break;
 821         case BPF_ALU | BPF_RSH | BPF_X:
 822         case BPF_ALU64 | BPF_RSH | BPF_X:
 823                 emit(A64_LSRV(is64, dst, dst, src), ctx);
 824                 break;
 825         case BPF_ALU | BPF_ARSH | BPF_X:
 826         case BPF_ALU64 | BPF_ARSH | BPF_X:
 827                 emit(A64_ASRV(is64, dst, dst, src), ctx);
 828                 break;
 829         /* dst = -dst */
 830         case BPF_ALU | BPF_NEG:
 831         case BPF_ALU64 | BPF_NEG:
 832                 emit(A64_NEG(is64, dst, dst), ctx);
 833                 break;
 834         /* dst = BSWAP##imm(dst) */
 835         case BPF_ALU | BPF_END | BPF_FROM_LE:
 836         case BPF_ALU | BPF_END | BPF_FROM_BE:
 837 #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
 838                 if (BPF_SRC(code) == BPF_FROM_BE)
 839                         goto emit_bswap_uxt;
 840 #else /* !CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN */
 841                 if (BPF_SRC(code) == BPF_FROM_LE)
 842                         goto emit_bswap_uxt;
 843 #endif
 844                 switch (imm) {
 845                 case 16:
 846                         emit(A64_REV16(is64, dst, dst), ctx);
 847                         /* zero-extend 16 bits into 64 bits */
 848                         emit(A64_UXTH(is64, dst, dst), ctx);
 849                         break;
 850                 case 32:
 851                         emit(A64_REV32(is64, dst, dst), ctx);
 852                         /* upper 32 bits already cleared */
 853                         break;
 854                 case 64:
 855                         emit(A64_REV64(dst, dst), ctx);
 856                         break;
 857                 }
 858                 break;
 859 emit_bswap_uxt:
 860                 switch (imm) {
 861                 case 16:
 862                         /* zero-extend 16 bits into 64 bits */
 863                         emit(A64_UXTH(is64, dst, dst), ctx);
 864                         break;
 865                 case 32:
 866                         /* zero-extend 32 bits into 64 bits */
 867                         emit(A64_UXTW(is64, dst, dst), ctx);
 868                         break;
 869                 case 64:
 870                         /* nop */
 871                         break;
 872                 }
 873                 break;
 874         /* dst = imm */
 875         case BPF_ALU | BPF_MOV | BPF_K:
 876         case BPF_ALU64 | BPF_MOV | BPF_K:
 877                 emit_a64_mov_i(is64, dst, imm, ctx);
 878                 break;
 879         /* dst = dst OP imm */
 880         case BPF_ALU | BPF_ADD | BPF_K:
 881         case BPF_ALU64 | BPF_ADD | BPF_K:
 882                 if (is_addsub_imm(imm)) {
 883                         emit(A64_ADD_I(is64, dst, dst, imm), ctx);
 884                 } else if (is_addsub_imm(-imm)) {
 885                         emit(A64_SUB_I(is64, dst, dst, -imm), ctx);
 886                 } else {
 887                         emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 888                         emit(A64_ADD(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 889                 }
 890                 break;
 891         case BPF_ALU | BPF_SUB | BPF_K:
 892         case BPF_ALU64 | BPF_SUB | BPF_K:
 893                 if (is_addsub_imm(imm)) {
 894                         emit(A64_SUB_I(is64, dst, dst, imm), ctx);
 895                 } else if (is_addsub_imm(-imm)) {
 896                         emit(A64_ADD_I(is64, dst, dst, -imm), ctx);
 897                 } else {
 898                         emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 899                         emit(A64_SUB(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 900                 }
 901                 break;
 902         case BPF_ALU | BPF_AND | BPF_K:
 903         case BPF_ALU64 | BPF_AND | BPF_K:
 904                 a64_insn = A64_AND_I(is64, dst, dst, imm);
 905                 if (a64_insn != AARCH64_BREAK_FAULT) {
 906                         emit(a64_insn, ctx);
 907                 } else {
 908                         emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 909                         emit(A64_AND(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 910                 }
 911                 break;
 912         case BPF_ALU | BPF_OR | BPF_K:
 913         case BPF_ALU64 | BPF_OR | BPF_K:
 914                 a64_insn = A64_ORR_I(is64, dst, dst, imm);
 915                 if (a64_insn != AARCH64_BREAK_FAULT) {
 916                         emit(a64_insn, ctx);
 917                 } else {
 918                         emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 919                         emit(A64_ORR(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 920                 }
 921                 break;
 922         case BPF_ALU | BPF_XOR | BPF_K:
 923         case BPF_ALU64 | BPF_XOR | BPF_K:
 924                 a64_insn = A64_EOR_I(is64, dst, dst, imm);
 925                 if (a64_insn != AARCH64_BREAK_FAULT) {
 926                         emit(a64_insn, ctx);
 927                 } else {
 928                         emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 929                         emit(A64_EOR(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 930                 }
 931                 break;
 932         case BPF_ALU | BPF_MUL | BPF_K:
 933         case BPF_ALU64 | BPF_MUL | BPF_K:
 934                 emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 935                 emit(A64_MUL(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 936                 break;
 937         case BPF_ALU | BPF_DIV | BPF_K:
 938         case BPF_ALU64 | BPF_DIV | BPF_K:
 939                 emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
 940                 emit(A64_UDIV(is64, dst, dst, tmp), ctx);
 941                 break;
 942         case BPF_ALU | BPF_MOD | BPF_K:
 943         case BPF_ALU64 | BPF_MOD | BPF_K:
 944                 emit_a64_mov_i(is64, tmp2, imm, ctx);
 945                 emit(A64_UDIV(is64, tmp, dst, tmp2), ctx);
 946                 emit(A64_MSUB(is64, dst, dst, tmp, tmp2), ctx);
 947                 break;
 948         case BPF_ALU | BPF_LSH | BPF_K:
 949         case BPF_ALU64 | BPF_LSH | BPF_K:
 950                 emit(A64_LSL(is64, dst, dst, imm), ctx);
 951                 break;
 952         case BPF_ALU | BPF_RSH | BPF_K:
 953         case BPF_ALU64 | BPF_RSH | BPF_K:
 954                 emit(A64_LSR(is64, dst, dst, imm), ctx);
 955                 break;
 956         case BPF_ALU | BPF_ARSH | BPF_K:
 957         case BPF_ALU64 | BPF_ARSH | BPF_K:
 958                 emit(A64_ASR(is64, dst, dst, imm), ctx);
 959                 break;
 960
 961         /* JUMP off */
 962         case BPF_JMP | BPF_JA:
 963                 jmp_offset = bpf2a64_offset(i, off, ctx);
 964                 check_imm26(jmp_offset);
 965                 emit(A64_B(jmp_offset), ctx);
 966                 break;
 967         /* IF (dst COND src) JUMP off */
 968         case BPF_JMP | BPF_JEQ | BPF_X:
 969         case BPF_JMP | BPF_JGT | BPF_X:
 970         case BPF_JMP | BPF_JLT | BPF_X:
 971         case BPF_JMP | BPF_JGE | BPF_X:
 972         case BPF_JMP | BPF_JLE | BPF_X:
 973         case BPF_JMP | BPF_JNE | BPF_X:
 974         case BPF_JMP | BPF_JSGT | BPF_X:
 975         case BPF_JMP | BPF_JSLT | BPF_X:
 976         case BPF_JMP | BPF_JSGE | BPF_X:
 977         case BPF_JMP | BPF_JSLE | BPF_X:
 978         case BPF_JMP32 | BPF_JEQ | BPF_X:
 979         case BPF_JMP32 | BPF_JGT | BPF_X:
 980         case BPF_JMP32 | BPF_JLT | BPF_X:
 981         case BPF_JMP32 | BPF_JGE | BPF_X:
 982         case BPF_JMP32 | BPF_JLE | BPF_X:
 983         case BPF_JMP32 | BPF_JNE | BPF_X:
 984         case BPF_JMP32 | BPF_JSGT | BPF_X:
 985         case BPF_JMP32 | BPF_JSLT | BPF_X:
 986         case BPF_JMP32 | BPF_JSGE | BPF_X:
 987         case BPF_JMP32 | BPF_JSLE | BPF_X:
 988                 emit(A64_CMP(is64, dst, src), ctx);
 989 emit_cond_jmp:
 990                 jmp_offset = bpf2a64_offset(i, off, ctx);
 991                 check_imm19(jmp_offset);
 992                 switch (BPF_OP(code)) {
 993                 case BPF_JEQ:
 994                         jmp_cond = A64_COND_EQ;
 995                         break;
 996                 case BPF_JGT:
 997                         jmp_cond = A64_COND_HI;
 998                         break;
 999                 case BPF_JLT:
1000                         jmp_cond = A64_COND_CC;
1001                         break;
1002                 case BPF_JGE:
1003                         jmp_cond = A64_COND_CS;
1004                         break;
1005                 case BPF_JLE:
1006                         jmp_cond = A64_COND_LS;
1007                         break;
1008                 case BPF_JSET:
1009                 case BPF_JNE:
1010                         jmp_cond = A64_COND_NE;
1011                         break;
1012                 case BPF_JSGT:
1013                         jmp_cond = A64_COND_GT;
1014                         break;
1015                 case BPF_JSLT:
1016                         jmp_cond = A64_COND_LT;
1017                         break;
1018                 case BPF_JSGE:
1019                         jmp_cond = A64_COND_GE;
1020                         break;
1021                 case BPF_JSLE:
1022                         jmp_cond = A64_COND_LE;
1023                         break;
1024                 default:
1025                         return -EFAULT;
1026                 }
1027                 emit(A64_B_(jmp_cond, jmp_offset), ctx);
1028                 break;
1029         case BPF_JMP | BPF_JSET | BPF_X:
1030         case BPF_JMP32 | BPF_JSET | BPF_X:
1031                 emit(A64_TST(is64, dst, src), ctx);
1032                 goto emit_cond_jmp;
1033         /* IF (dst COND imm) JUMP off */
1034         case BPF_JMP | BPF_JEQ | BPF_K:
1035         case BPF_JMP | BPF_JGT | BPF_K:
1036         case BPF_JMP | BPF_JLT | BPF_K:
1037         case BPF_JMP | BPF_JGE | BPF_K:
1038         case BPF_JMP | BPF_JLE | BPF_K:
1039         case BPF_JMP | BPF_JNE | BPF_K:
1040         case BPF_JMP | BPF_JSGT | BPF_K:
1041         case BPF_JMP | BPF_JSLT | BPF_K:
1042         case BPF_JMP | BPF_JSGE | BPF_K:
1043         case BPF_JMP | BPF_JSLE | BPF_K:
1044         case BPF_JMP32 | BPF_JEQ | BPF_K:
1045         case BPF_JMP32 | BPF_JGT | BPF_K:
1046         case BPF_JMP32 | BPF_JLT | BPF_K:
1047         case BPF_JMP32 | BPF_JGE | BPF_K:
1048         case BPF_JMP32 | BPF_JLE | BPF_K:
1049         case BPF_JMP32 | BPF_JNE | BPF_K:
1050         case BPF_JMP32 | BPF_JSGT | BPF_K:
1051         case BPF_JMP32 | BPF_JSLT | BPF_K:
1052         case BPF_JMP32 | BPF_JSGE | BPF_K:
1053         case BPF_JMP32 | BPF_JSLE | BPF_K:
1054                 if (is_addsub_imm(imm)) {
1055                         emit(A64_CMP_I(is64, dst, imm), ctx);
1056                 } else if (is_addsub_imm(-imm)) {
1057                         emit(A64_CMN_I(is64, dst, -imm), ctx);
1058                 } else {
1059                         emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
1060                         emit(A64_CMP(is64, dst, tmp), ctx);
1061                 }
1062                 goto emit_cond_jmp;
1063         case BPF_JMP | BPF_JSET | BPF_K:
1064         case BPF_JMP32 | BPF_JSET | BPF_K:
1065                 a64_insn = A64_TST_I(is64, dst, imm);
1066                 if (a64_insn != AARCH64_BREAK_FAULT) {
1067                         emit(a64_insn, ctx);
1068                 } else {
1069                         emit_a64_mov_i(is64, tmp, imm, ctx);
1070                         emit(A64_TST(is64, dst, tmp), ctx);
1071                 }
1072                 goto emit_cond_jmp;
1073         /* function call */
1074         case BPF_JMP | BPF_CALL:
1075         {
1076                 const u8 r0 = bpf2a64[BPF_REG_0];
1077                 bool func_addr_fixed;
1078                 u64 func_addr;
1079
1080                 ret = bpf_jit_get_func_addr(ctx->prog, insn, extra_pass,
1081                                             &func_addr, &func_addr_fixed);
1082                 if (ret < 0)
1083                         return ret;
1084                 emit_call(func_addr, ctx);
1085                 emit(A64_MOV(1, r0, A64_R(0)), ctx);
1086                 break;
1087         }
1088         /* tail call */
1089         case BPF_JMP | BPF_TAIL_CALL:
1090                 if (emit_bpf_tail_call(ctx))
1091                         return -EFAULT;
1092                 break;
1093         /* function return */
1094         case BPF_JMP | BPF_EXIT:
1095                 /* Optimization: when last instruction is EXIT,
1096                    simply fallthrough to epilogue. */
1097                 if (i == ctx->prog->len - 1)
1098                         break;
1099                 jmp_offset = epilogue_offset(ctx);
1100                 check_imm26(jmp_offset);
1101                 emit(A64_B(jmp_offset), ctx);
1102                 break;
1103
1104         /* dst = imm64 */
1105         case BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW:
1106         {
1107                 const struct bpf_insn insn1 = insn[1];
1108                 u64 imm64;
1109
1110                 imm64 = (u64)insn1.imm << 32 | (u32)imm;
1111                 if (bpf_pseudo_func(insn))
1112                         emit_addr_mov_i64(dst, imm64, ctx);
1113                 else
1114                         emit_a64_mov_i64(dst, imm64, ctx);
1115
1116                 return 1;
1117         }
1118
1119         /* LDX: dst = *(size *)(src + off) */
1120         case BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_W:
1121         case BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_H:
1122         case BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_B:
1123         case BPF_LDX | BPF_MEM | BPF_DW:
1124         case BPF_LDX | BPF_PROBE_MEM | BPF_DW:
1125         case BPF_LDX | BPF_PROBE_MEM | BPF_W:
1126         case BPF_LDX | BPF_PROBE_MEM | BPF_H:
1127         case BPF_LDX | BPF_PROBE_MEM | BPF_B:
1128                 if (ctx->fpb_offset > 0 && src == fp) {
1129                         src_adj = fpb;
1130                         off_adj = off + ctx->fpb_offset;
1131                 } else {
1132                         src_adj = src;
1133                         off_adj = off;
1134                 }
1135                 switch (BPF_SIZE(code)) {
1136                 case BPF_W:
1137                         if (is_lsi_offset(off_adj, 2)) {
1138                                 emit(A64_LDR32I(dst, src_adj, off_adj), ctx);
1139                         } else {
1140                                 emit_a64_mov_i(1, tmp, off, ctx);
1141                                 emit(A64_LDR32(dst, src, tmp), ctx);
1142                         }
1143                         break;
1144                 case BPF_H:
1145                         if (is_lsi_offset(off_adj, 1)) {
1146                                 emit(A64_LDRHI(dst, src_adj, off_adj), ctx);
1147                         } else {
1148                                 emit_a64_mov_i(1, tmp, off, ctx);
1149                                 emit(A64_LDRH(dst, src, tmp), ctx);
1150                         }
1151                         break;
1152                 case BPF_B:
1153                         if (is_lsi_offset(off_adj, 0)) {
1154                                 emit(A64_LDRBI(dst, src_adj, off_adj), ctx);
1155                         } else {
1156                                 emit_a64_mov_i(1, tmp, off, ctx);
1157                                 emit(A64_LDRB(dst, src, tmp), ctx);
1158                         }
1159                         break;
1160                 case BPF_DW:
1161                         if (is_lsi_offset(off_adj, 3)) {
1162                                 emit(A64_LDR64I(dst, src_adj, off_adj), ctx);
1163                         } else {
1164                                 emit_a64_mov_i(1, tmp, off, ctx);
1165                                 emit(A64_LDR64(dst, src, tmp), ctx);
1166                         }
1167                         break;
1168                 }
1169
1170                 ret = add_exception_handler(insn, ctx, dst);
1171                 if (ret)
1172                         return ret;
1173                 break;
1174
1175         /* speculation barrier */
1176         case BPF_ST | BPF_NOSPEC:
1177                 /*
1178                  * Nothing required here.
1179                  *
1180                  * In case of arm64, we rely on the firmware mitigation of
1181                  * Speculative Store Bypass as controlled via the ssbd kernel
1182                  * parameter. Whenever the mitigation is enabled, it works
1183                  * for all of the kernel code with no need to provide any
1184                  * additional instructions.
1185                  */
1186                 break;
1187
1188         /* ST: *(size *)(dst + off) = imm */
1189         case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_W:
1190         case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_H:
1191         case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_B:
1192         case BPF_ST | BPF_MEM | BPF_DW:
1193                 if (ctx->fpb_offset > 0 && dst == fp) {
1194                         dst_adj = fpb;
1195                         off_adj = off + ctx->fpb_offset;
1196                 } else {
1197                         dst_adj = dst;
1198                         off_adj = off;
1199                 }
1200                 /* Load imm to a register then store it */
1201                 emit_a64_mov_i(1, tmp, imm, ctx);
1202                 switch (BPF_SIZE(code)) {
1203                 case BPF_W:
1204                         if (is_lsi_offset(off_adj, 2)) {
1205                                 emit(A64_STR32I(tmp, dst_adj, off_adj), ctx);
1206                         } else {
1207                                 emit_a64_mov_i(1, tmp2, off, ctx);
1208                                 emit(A64_STR32(tmp, dst, tmp2), ctx);
1209                         }
1210                         break;
1211                 case BPF_H:
1212                         if (is_lsi_offset(off_adj, 1)) {
1213                                 emit(A64_STRHI(tmp, dst_adj, off_adj), ctx);
1214                         } else {
1215                                 emit_a64_mov_i(1, tmp2, off, ctx);
1216                                 emit(A64_STRH(tmp, dst, tmp2), ctx);
1217                         }
1218                         break;
1219                 case BPF_B:
1220                         if (is_lsi_offset(off_adj, 0)) {
1221                                 emit(A64_STRBI(tmp, dst_adj, off_adj), ctx);
1222                         } else {
1223                                 emit_a64_mov_i(1, tmp2, off, ctx);
1224                                 emit(A64_STRB(tmp, dst, tmp2), ctx);
1225                         }
1226                         break;
1227                 case BPF_DW:
1228                         if (is_lsi_offset(off_adj, 3)) {
1229                                 emit(A64_STR64I(tmp, dst_adj, off_adj), ctx);
1230                         } else {
1231                                 emit_a64_mov_i(1, tmp2, off, ctx);
1232                                 emit(A64_STR64(tmp, dst, tmp2), ctx);
1233                         }
1234                         break;
1235                 }
1236                 break;
1237
1238         /* STX: *(size *)(dst + off) = src */
1239         case BPF_STX | BPF_MEM | BPF_W:
1240         case BPF_STX | BPF_MEM | BPF_H:
1241         case BPF_STX | BPF_MEM | BPF_B:
1242         case BPF_STX | BPF_MEM | BPF_DW:
1243                 if (ctx->fpb_offset > 0 && dst == fp) {
1244                         dst_adj = fpb;
1245                         off_adj = off + ctx->fpb_offset;
1246                 } else {
1247                         dst_adj = dst;
1248                         off_adj = off;
1249                 }
1250                 switch (BPF_SIZE(code)) {
1251                 case BPF_W:
1252                         if (is_lsi_offset(off_adj, 2)) {
1253                                 emit(A64_STR32I(src, dst_adj, off_adj), ctx);
1254                         } else {
1255                                 emit_a64_mov_i(1, tmp, off, ctx);
1256                                 emit(A64_STR32(src, dst, tmp), ctx);
1257                         }
1258                         break;
1259                 case BPF_H:
1260                         if (is_lsi_offset(off_adj, 1)) {
1261                                 emit(A64_STRHI(src, dst_adj, off_adj), ctx);
1262                         } else {
1263                                 emit_a64_mov_i(1, tmp, off, ctx);
1264                                 emit(A64_STRH(src, dst, tmp), ctx);
1265                         }
1266                         break;
1267                 case BPF_B:
1268                         if (is_lsi_offset(off_adj, 0)) {
1269                                 emit(A64_STRBI(src, dst_adj, off_adj), ctx);
1270                         } else {
1271                                 emit_a64_mov_i(1, tmp, off, ctx);
1272                                 emit(A64_STRB(src, dst, tmp), ctx);
1273                         }
1274                         break;
1275                 case BPF_DW:
1276                         if (is_lsi_offset(off_adj, 3)) {
1277                                 emit(A64_STR64I(src, dst_adj, off_adj), ctx);
1278                         } else {
1279                                 emit_a64_mov_i(1, tmp, off, ctx);
1280                                 emit(A64_STR64(src, dst, tmp), ctx);
1281                         }
1282                         break;
1283                 }
1284                 break;
1285
1286         case BPF_STX | BPF_ATOMIC | BPF_W:
1287         case BPF_STX | BPF_ATOMIC | BPF_DW:
1288                 if (cpus_have_cap(ARM64_HAS_LSE_ATOMICS))
1289                         ret = emit_lse_atomic(insn, ctx);
1290                 else
1291                         ret = emit_ll_sc_atomic(insn, ctx);
1292                 if (ret)
1293                         return ret;
1294                 break;
1295
1296         default:
1297                 pr_err_once("unknown opcode %02x\n", code);
1298                 return -EINVAL;
1299         }
1300
1301         return 0;
1302 }
1303
1304 /*
1305  * Return 0 if FP may change at runtime, otherwise find the minimum negative
1306  * offset to FP, converts it to positive number, and align down to 8 bytes.
1307  */
1308 static int find_fpb_offset(struct bpf_prog *prog)
1309 {
1310         int i;
1311         int offset = 0;
1312
1313         for (i = 0; i < prog->len; i++) {
1314                 const struct bpf_insn *insn = &prog->insnsi[i];
1315                 const u8 class = BPF_CLASS(insn->code);
1316                 const u8 mode = BPF_MODE(insn->code);
1317                 const u8 src = insn->src_reg;
1318                 const u8 dst = insn->dst_reg;
1319                 const s32 imm = insn->imm;
1320                 const s16 off = insn->off;
1321
1322                 switch (class) {
1323                 case BPF_STX:
1324                 case BPF_ST:
1325                         /* fp holds atomic operation result */
1326                         if (class == BPF_STX && mode == BPF_ATOMIC &&
1327                             ((imm == BPF_XCHG ||
1328                               imm == (BPF_FETCH | BPF_ADD) ||
1329                               imm == (BPF_FETCH | BPF_AND) ||
1330                               imm == (BPF_FETCH | BPF_XOR) ||
1331                               imm == (BPF_FETCH | BPF_OR)) &&
1332                              src == BPF_REG_FP))
1333                                 return 0;
1334
1335                         if (mode == BPF_MEM && dst == BPF_REG_FP &&
1336                             off < offset)
1337                                 offset = insn->off;
1338                         break;
1339
1340                 case BPF_JMP32:
1341                 case BPF_JMP:
1342                         break;
1343
1344                 case BPF_LDX:
1345                 case BPF_LD:
1346                         /* fp holds load result */
1347                         if (dst == BPF_REG_FP)
1348                                 return 0;
1349
1350                         if (class == BPF_LDX && mode == BPF_MEM &&
1351                             src == BPF_REG_FP && off < offset)
1352                                 offset = off;
1353                         break;
1354
1355                 case BPF_ALU:
1356                 case BPF_ALU64:
1357                 default:
1358                         /* fp holds ALU result */
1359                         if (dst == BPF_REG_FP)
1360                                 return 0;
1361                 }
1362         }
1363
1364         if (offset < 0) {
1365                 /*
1366                  * safely be converted to a positive 'int', since insn->off
1367                  * is 's16'
1368                  */
1369                 offset = -offset;
1370                 /* align down to 8 bytes */
1371                 offset = ALIGN_DOWN(offset, 8);
1372         }
1373
1374         return offset;
1375 }
1376
1377 static int build_body(struct jit_ctx *ctx, bool extra_pass)
1378 {
1379         const struct bpf_prog *prog = ctx->prog;
1380         int i;
1381
1382         /*
1383          * - offset[0] offset of the end of prologue,
1384          *   start of the 1st instruction.
1385          * - offset[1] - offset of the end of 1st instruction,
1386          *   start of the 2nd instruction
1387          * [....]
1388          * - offset[3] - offset of the end of 3rd instruction,
1389          *   start of 4th instruction
1390          */
1391         for (i = 0; i < prog->len; i++) {
1392                 const struct bpf_insn *insn = &prog->insnsi[i];
1393                 int ret;
1394
1395                 if (ctx->image == NULL)
1396                         ctx->offset[i] = ctx->idx;
1397                 ret = build_insn(insn, ctx, extra_pass);
1398                 if (ret > 0) {
1399                         i++;
1400                         if (ctx->image == NULL)
1401                                 ctx->offset[i] = ctx->idx;
1402                         continue;
1403                 }
1404                 if (ret)
1405                         return ret;
1406         }
1407         /*
1408          * offset is allocated with prog->len + 1 so fill in
1409          * the last element with the offset after the last
1410          * instruction (end of program)
1411          */
1412         if (ctx->image == NULL)
1413                 ctx->offset[i] = ctx->idx;
1414
1415         return 0;
1416 }
1417
1418 static int validate_code(struct jit_ctx *ctx)
1419 {
1420         int i;
1421
1422         for (i = 0; i < ctx->idx; i++) {
1423                 u32 a64_insn = le32_to_cpu(ctx->image[i]);
1424
1425                 if (a64_insn == AARCH64_BREAK_FAULT)
1426                         return -1;
1427         }
1428         return 0;
1429 }
1430
1431 static int validate_ctx(struct jit_ctx *ctx)
1432 {
1433         if (validate_code(ctx))
1434                 return -1;
1435
1436         if (WARN_ON_ONCE(ctx->exentry_idx != ctx->prog->aux->num_exentries))
1437                 return -1;
1438
1439         return 0;
1440 }
1441
1442 static inline void bpf_flush_icache(void *start, void *end)
1443 {
1444         flush_icache_range((unsigned long)start, (unsigned long)end);
1445 }
1446
1447 struct arm64_jit_data {
1448         struct bpf_binary_header *header;
1449         u8 *image;
1450         struct jit_ctx ctx;
1451 };
1452
1453 struct bpf_prog *bpf_int_jit_compile(struct bpf_prog *prog)
1454 {
1455         int image_size, prog_size, extable_size, extable_align, extable_offset;
1456         struct bpf_prog *tmp, *orig_prog = prog;
1457         struct bpf_binary_header *header;
1458         struct arm64_jit_data *jit_data;
1459         bool was_classic = bpf_prog_was_classic(prog);
1460         bool tmp_blinded = false;
1461         bool extra_pass = false;
1462         struct jit_ctx ctx;
1463         u8 *image_ptr;
1464
1465         if (!prog->jit_requested)
1466                 return orig_prog;
1467
1468         tmp = bpf_jit_blind_constants(prog);
1469         /* If blinding was requested and we failed during blinding,
1470          * we must fall back to the interpreter.
1471          */
1472         if (IS_ERR(tmp))
1473                 return orig_prog;
1474         if (tmp != prog) {
1475                 tmp_blinded = true;
1476                 prog = tmp;
1477         }
1478
1479         jit_data = prog->aux->jit_data;
1480         if (!jit_data) {
1481                 jit_data = kzalloc(sizeof(*jit_data), GFP_KERNEL);
1482                 if (!jit_data) {
1483                         prog = orig_prog;
1484                         goto out;
1485                 }
1486                 prog->aux->jit_data = jit_data;
1487         }
1488         if (jit_data->ctx.offset) {
1489                 ctx = jit_data->ctx;
1490                 image_ptr = jit_data->image;
1491                 header = jit_data->header;
1492                 extra_pass = true;
1493                 prog_size = sizeof(u32) * ctx.idx;
1494                 goto skip_init_ctx;
1495         }
1496         memset(&ctx, 0, sizeof(ctx));
1497         ctx.prog = prog;
1498
1499         ctx.offset = kcalloc(prog->len + 1, sizeof(int), GFP_KERNEL);
1500         if (ctx.offset == NULL) {
1501                 prog = orig_prog;
1502                 goto out_off;
1503         }
1504
1505         ctx.fpb_offset = find_fpb_offset(prog);
1506
1507         /*
1508          * 1. Initial fake pass to compute ctx->idx and ctx->offset.
1509          *
1510          * BPF line info needs ctx->offset[i] to be the offset of
1511          * instruction[i] in jited image, so build prologue first.
1512          */
1513         if (build_prologue(&ctx, was_classic)) {
1514                 prog = orig_prog;
1515                 goto out_off;
1516         }
1517
1518         if (build_body(&ctx, extra_pass)) {
1519                 prog = orig_prog;
1520                 goto out_off;
1521         }
1522
1523         ctx.epilogue_offset = ctx.idx;
1524         build_epilogue(&ctx);
1525         build_plt(&ctx);
1526
1527         extable_align = __alignof__(struct exception_table_entry);
1528         extable_size = prog->aux->num_exentries *
1529                 sizeof(struct exception_table_entry);
1530
1531         /* Now we know the actual image size. */
1532         prog_size = sizeof(u32) * ctx.idx;
1533         /* also allocate space for plt target */
1534         extable_offset = round_up(prog_size + PLT_TARGET_SIZE, extable_align);
1535         image_size = extable_offset + extable_size;
1536         header = bpf_jit_binary_alloc(image_size, &image_ptr,
1537                                       sizeof(u32), jit_fill_hole);
1538         if (header == NULL) {
1539                 prog = orig_prog;
1540                 goto out_off;
1541         }
1542
1543         /* 2. Now, the actual pass. */
1544
1545         ctx.image = (__le32 *)image_ptr;
1546         if (extable_size)
1547                 prog->aux->extable = (void *)image_ptr + extable_offset;
1548 skip_init_ctx:
1549         ctx.idx = 0;
1550         ctx.exentry_idx = 0;
1551
1552         build_prologue(&ctx, was_classic);
1553
1554         if (build_body(&ctx, extra_pass)) {
1555                 bpf_jit_binary_free(header);
1556                 prog = orig_prog;
1557                 goto out_off;
1558         }
1559
1560         build_epilogue(&ctx);
1561         build_plt(&ctx);
1562
1563         /* 3. Extra pass to validate JITed code. */
1564         if (validate_ctx(&ctx)) {
1565                 bpf_jit_binary_free(header);
1566                 prog = orig_prog;
1567                 goto out_off;
1568         }
1569
1570         /* And we're done. */
1571         if (bpf_jit_enable > 1)
1572                 bpf_jit_dump(prog->len, prog_size, 2, ctx.image);
1573
1574         bpf_flush_icache(header, ctx.image + ctx.idx);
1575
1576         if (!prog->is_func || extra_pass) {
1577                 if (extra_pass && ctx.idx != jit_data->ctx.idx) {
1578                         pr_err_once("multi-func JIT bug %d != %d\n",
1579                                     ctx.idx, jit_data->ctx.idx);
1580                         bpf_jit_binary_free(header);
1581                         prog->bpf_func = NULL;
1582                         prog->jited = 0;
1583                         prog->jited_len = 0;
1584                         goto out_off;
1585                 }
1586                 bpf_jit_binary_lock_ro(header);
1587         } else {
1588                 jit_data->ctx = ctx;
1589                 jit_data->image = image_ptr;
1590                 jit_data->header = header;
1591         }
1592         prog->bpf_func = (void *)ctx.image;
1593         prog->jited = 1;
1594         prog->jited_len = prog_size;
1595
1596         if (!prog->is_func || extra_pass) {
1597                 int i;
1598
1599                 /* offset[prog->len] is the size of program */
1600                 for (i = 0; i <= prog->len; i++)
1601                         ctx.offset[i] *= AARCH64_INSN_SIZE;
1602                 bpf_prog_fill_jited_linfo(prog, ctx.offset + 1);
1603 out_off:
1604                 kfree(ctx.offset);
1605                 kfree(jit_data);
1606                 prog->aux->jit_data = NULL;
1607         }
1608 out:
1609         if (tmp_blinded)
1610                 bpf_jit_prog_release_other(prog, prog == orig_prog ?
1611                                            tmp : orig_prog);
1612         return prog;
1613 }
1614
1615 bool bpf_jit_supports_kfunc_call(void)
1616 {
1617         return true;
1618 }
1619
1620 u64 bpf_jit_alloc_exec_limit(void)
1621 {
1622         return VMALLOC_END - VMALLOC_START;
1623 }
1624
1625 void *bpf_jit_alloc_exec(unsigned long size)
1626 {
1627         /* Memory is intended to be executable, reset the pointer tag. */
1628         return kasan_reset_tag(vmalloc(size));
1629 }
1630
1631 void bpf_jit_free_exec(void *addr)
1632 {
1633         return vfree(addr);
1634 }
1635
1636 /* Indicate the JIT backend supports mixing bpf2bpf and tailcalls. */
1637 bool bpf_jit_supports_subprog_tailcalls(void)
1638 {
1639         return true;
1640 }
1641
1642 static void invoke_bpf_prog(struct jit_ctx *ctx, struct bpf_tramp_link *l,
1643                             int args_off, int retval_off, int run_ctx_off,
1644                             bool save_ret)
1645 {
1646         u32 *branch;
1647         u64 enter_prog;
1648         u64 exit_prog;
1649         struct bpf_prog *p = l->link.prog;
1650         int cookie_off = offsetof(struct bpf_tramp_run_ctx, bpf_cookie);
1651
1652         if (p->aux->sleepable) {
1653                 enter_prog = (u64)__bpf_prog_enter_sleepable;
1654                 exit_prog = (u64)__bpf_prog_exit_sleepable;
1655         } else {
1656                 enter_prog = (u64)__bpf_prog_enter;
1657                 exit_prog = (u64)__bpf_prog_exit;
1658         }
1659
1660         if (l->cookie == 0) {
1661                 /* if cookie is zero, one instruction is enough to store it */
1662                 emit(A64_STR64I(A64_ZR, A64_SP, run_ctx_off + cookie_off), ctx);
1663         } else {
1664                 emit_a64_mov_i64(A64_R(10), l->cookie, ctx);
1665                 emit(A64_STR64I(A64_R(10), A64_SP, run_ctx_off + cookie_off),
1666                      ctx);
1667         }
1668
1669         /* save p to callee saved register x19 to avoid loading p with mov_i64
1670          * each time.
1671          */
1672         emit_addr_mov_i64(A64_R(19), (const u64)p, ctx);
1673
1674         /* arg1: prog */
1675         emit(A64_MOV(1, A64_R(0), A64_R(19)), ctx);
1676         /* arg2: &run_ctx */
1677         emit(A64_ADD_I(1, A64_R(1), A64_SP, run_ctx_off), ctx);
1678
1679         emit_call(enter_prog, ctx);
1680
1681         /* if (__bpf_prog_enter(prog) == 0)
1682          *         goto skip_exec_of_prog;
1683          */
1684         branch = ctx->image + ctx->idx;
1685         emit(A64_NOP, ctx);
1686
1687         /* save return value to callee saved register x20 */
1688         emit(A64_MOV(1, A64_R(20), A64_R(0)), ctx);
1689
1690         emit(A64_ADD_I(1, A64_R(0), A64_SP, args_off), ctx);
1691         if (!p->jited)
1692                 emit_addr_mov_i64(A64_R(1), (const u64)p->insnsi, ctx);
1693
1694         emit_call((const u64)p->bpf_func, ctx);
1695
1696         if (save_ret)
1697                 emit(A64_STR64I(A64_R(0), A64_SP, retval_off), ctx);
1698
1699         if (ctx->image) {
1700                 int offset = &ctx->image[ctx->idx] - branch;
1701                 *branch = A64_CBZ(1, A64_R(0), offset);
1702         }
1703
1704         /* arg1: prog */
1705         emit(A64_MOV(1, A64_R(0), A64_R(19)), ctx);
1706         /* arg2: start time */
1707         emit(A64_MOV(1, A64_R(1), A64_R(20)), ctx);
1708         /* arg3: &run_ctx */
1709         emit(A64_ADD_I(1, A64_R(2), A64_SP, run_ctx_off), ctx);
1710
1711         emit_call(exit_prog, ctx);
1712 }
1713
1714 static void invoke_bpf_mod_ret(struct jit_ctx *ctx, struct bpf_tramp_links *tl,
1715                                int args_off, int retval_off, int run_ctx_off,
1716                                u32 **branches)
1717 {
1718         int i;
1719
1720         /* The first fmod_ret program will receive a garbage return value.
1721          * Set this to 0 to avoid confusing the program.
1722          */
1723         emit(A64_STR64I(A64_ZR, A64_SP, retval_off), ctx);
1724         for (i = 0; i < tl->nr_links; i++) {
1725                 invoke_bpf_prog(ctx, tl->links[i], args_off, retval_off,
1726                                 run_ctx_off, true);
1727                 /* if (*(u64 *)(sp + retval_off) !=  0)
1728                  *      goto do_fexit;
1729                  */
1730                 emit(A64_LDR64I(A64_R(10), A64_SP, retval_off), ctx);
1731                 /* Save the location of branch, and generate a nop.
1732                  * This nop will be replaced with a cbnz later.
1733                  */
1734                 branches[i] = ctx->image + ctx->idx;
1735                 emit(A64_NOP, ctx);
1736         }
1737 }
1738
1739 static void save_args(struct jit_ctx *ctx, int args_off, int nargs)
1740 {
1741         int i;
1742
1743         for (i = 0; i < nargs; i++) {
1744                 emit(A64_STR64I(i, A64_SP, args_off), ctx);
1745                 args_off += 8;
1746         }
1747 }
1748
1749 static void restore_args(struct jit_ctx *ctx, int args_off, int nargs)
1750 {
1751         int i;
1752
1753         for (i = 0; i < nargs; i++) {
1754                 emit(A64_LDR64I(i, A64_SP, args_off), ctx);
1755                 args_off += 8;
1756         }
1757 }
1758
1759 /* Based on the x86's implementation of arch_prepare_bpf_trampoline().
1760  *
1761  * bpf prog and function entry before bpf trampoline hooked:
1762  *   mov x9, lr
1763  *   nop
1764  *
1765  * bpf prog and function entry after bpf trampoline hooked:
1766  *   mov x9, lr
1767  *   bl  <bpf_trampoline or plt>
1768  *
1769  */
1770 static int prepare_trampoline(struct jit_ctx *ctx, struct bpf_tramp_image *im,
1771                               struct bpf_tramp_links *tlinks, void *orig_call,
1772                               int nargs, u32 flags)
1773 {
1774         int i;
1775         int stack_size;
1776         int retaddr_off;
1777         int regs_off;
1778         int retval_off;
1779         int args_off;
1780         int nargs_off;
1781         int ip_off;
1782         int run_ctx_off;
1783         struct bpf_tramp_links *fentry = &tlinks[BPF_TRAMP_FENTRY];
1784         struct bpf_tramp_links *fexit = &tlinks[BPF_TRAMP_FEXIT];
1785         struct bpf_tramp_links *fmod_ret = &tlinks[BPF_TRAMP_MODIFY_RETURN];
1786         bool save_ret;
1787         u32 **branches = NULL;
1788
1789         /* trampoline stack layout:
1790          *                  [ parent ip         ]
1791          *                  [ FP                ]
1792          * SP + retaddr_off [ self ip           ]
1793          *                  [ FP                ]
1794          *
1795          *                  [ padding           ] align SP to multiples of 16
1796          *
1797          *                  [ x20               ] callee saved reg x20
1798          * SP + regs_off    [ x19               ] callee saved reg x19
1799          *
1800          * SP + retval_off  [ return value      ] BPF_TRAMP_F_CALL_ORIG or
1801          *                                        BPF_TRAMP_F_RET_FENTRY_RET
1802          *
1803          *                  [ argN              ]
1804          *                  [ ...               ]
1805          * SP + args_off    [ arg1              ]
1806          *
1807          * SP + nargs_off   [ args count        ]
1808          *
1809          * SP + ip_off      [ traced function   ] BPF_TRAMP_F_IP_ARG flag
1810          *
1811          * SP + run_ctx_off [ bpf_tramp_run_ctx ]
1812          */
1813
1814         stack_size = 0;
1815         run_ctx_off = stack_size;
1816         /* room for bpf_tramp_run_ctx */
1817         stack_size += round_up(sizeof(struct bpf_tramp_run_ctx), 8);
1818
1819         ip_off = stack_size;
1820         /* room for IP address argument */
1821         if (flags & BPF_TRAMP_F_IP_ARG)
1822                 stack_size += 8;
1823
1824         nargs_off = stack_size;
1825         /* room for args count */
1826         stack_size += 8;
1827
1828         args_off = stack_size;
1829         /* room for args */
1830         stack_size += nargs * 8;
1831
1832         /* room for return value */
1833         retval_off = stack_size;
1834         save_ret = flags & (BPF_TRAMP_F_CALL_ORIG | BPF_TRAMP_F_RET_FENTRY_RET);
1835         if (save_ret)
1836                 stack_size += 8;
1837
1838         /* room for callee saved registers, currently x19 and x20 are used */
1839         regs_off = stack_size;
1840         stack_size += 16;
1841
1842         /* round up to multiples of 16 to avoid SPAlignmentFault */
1843         stack_size = round_up(stack_size, 16);
1844
1845         /* return address locates above FP */
1846         retaddr_off = stack_size + 8;
1847
1848         /* bpf trampoline may be invoked by 3 instruction types:
1849          * 1. bl, attached to bpf prog or kernel function via short jump
1850          * 2. br, attached to bpf prog or kernel function via long jump
1851          * 3. blr, working as a function pointer, used by struct_ops.
1852          * So BTI_JC should used here to support both br and blr.
1853          */
1854         emit_bti(A64_BTI_JC, ctx);
1855
1856         /* frame for parent function */
1857         emit(A64_PUSH(A64_FP, A64_R(9), A64_SP), ctx);
1858         emit(A64_MOV(1, A64_FP, A64_SP), ctx);
1859
1860         /* frame for patched function */
1861         emit(A64_PUSH(A64_FP, A64_LR, A64_SP), ctx);
1862         emit(A64_MOV(1, A64_FP, A64_SP), ctx);
1863
1864         /* allocate stack space */
1865         emit(A64_SUB_I(1, A64_SP, A64_SP, stack_size), ctx);
1866
1867         if (flags & BPF_TRAMP_F_IP_ARG) {
1868                 /* save ip address of the traced function */
1869                 emit_addr_mov_i64(A64_R(10), (const u64)orig_call, ctx);
1870                 emit(A64_STR64I(A64_R(10), A64_SP, ip_off), ctx);
1871         }
1872
1873         /* save args count*/
1874         emit(A64_MOVZ(1, A64_R(10), nargs, 0), ctx);
1875         emit(A64_STR64I(A64_R(10), A64_SP, nargs_off), ctx);
1876
1877         /* save args */
1878         save_args(ctx, args_off, nargs);
1879
1880         /* save callee saved registers */
1881         emit(A64_STR64I(A64_R(19), A64_SP, regs_off), ctx);
1882         emit(A64_STR64I(A64_R(20), A64_SP, regs_off + 8), ctx);
1883
1884         if (flags & BPF_TRAMP_F_CALL_ORIG) {
1885                 emit_addr_mov_i64(A64_R(0), (const u64)im, ctx);
1886                 emit_call((const u64)__bpf_tramp_enter, ctx);
1887         }
1888
1889         for (i = 0; i < fentry->nr_links; i++)
1890                 invoke_bpf_prog(ctx, fentry->links[i], args_off,
1891                                 retval_off, run_ctx_off,
1892                                 flags & BPF_TRAMP_F_RET_FENTRY_RET);
1893
1894         if (fmod_ret->nr_links) {
1895                 branches = kcalloc(fmod_ret->nr_links, sizeof(u32 *),
1896                                    GFP_KERNEL);
1897                 if (!branches)
1898                         return -ENOMEM;
1899
1900                 invoke_bpf_mod_ret(ctx, fmod_ret, args_off, retval_off,
1901                                    run_ctx_off, branches);
1902         }
1903
1904         if (flags & BPF_TRAMP_F_CALL_ORIG) {
1905                 restore_args(ctx, args_off, nargs);
1906                 /* call original func */
1907                 emit(A64_LDR64I(A64_R(10), A64_SP, retaddr_off), ctx);
1908                 emit(A64_BLR(A64_R(10)), ctx);
1909                 /* store return value */
1910                 emit(A64_STR64I(A64_R(0), A64_SP, retval_off), ctx);
1911                 /* reserve a nop for bpf_tramp_image_put */
1912                 im->ip_after_call = ctx->image + ctx->idx;
1913                 emit(A64_NOP, ctx);
1914         }
1915
1916         /* update the branches saved in invoke_bpf_mod_ret with cbnz */
1917         for (i = 0; i < fmod_ret->nr_links && ctx->image != NULL; i++) {
1918                 int offset = &ctx->image[ctx->idx] - branches[i];
1919                 *branches[i] = A64_CBNZ(1, A64_R(10), offset);
1920         }
1921
1922         for (i = 0; i < fexit->nr_links; i++)
1923                 invoke_bpf_prog(ctx, fexit->links[i], args_off, retval_off,
1924                                 run_ctx_off, false);
1925
1926         if (flags & BPF_TRAMP_F_CALL_ORIG) {
1927                 im->ip_epilogue = ctx->image + ctx->idx;
1928                 emit_addr_mov_i64(A64_R(0), (const u64)im, ctx);
1929                 emit_call((const u64)__bpf_tramp_exit, ctx);
1930         }
1931
1932         if (flags & BPF_TRAMP_F_RESTORE_REGS)
1933                 restore_args(ctx, args_off, nargs);
1934
1935         /* restore callee saved register x19 and x20 */
1936         emit(A64_LDR64I(A64_R(19), A64_SP, regs_off), ctx);
1937         emit(A64_LDR64I(A64_R(20), A64_SP, regs_off + 8), ctx);
1938
1939         if (save_ret)
1940                 emit(A64_LDR64I(A64_R(0), A64_SP, retval_off), ctx);
1941
1942         /* reset SP  */
1943         emit(A64_MOV(1, A64_SP, A64_FP), ctx);
1944
1945         /* pop frames  */
1946         emit(A64_POP(A64_FP, A64_LR, A64_SP), ctx);
1947         emit(A64_POP(A64_FP, A64_R(9), A64_SP), ctx);
1948
1949         if (flags & BPF_TRAMP_F_SKIP_FRAME) {
1950                 /* skip patched function, return to parent */
1951                 emit(A64_MOV(1, A64_LR, A64_R(9)), ctx);
1952                 emit(A64_RET(A64_R(9)), ctx);
1953         } else {
1954                 /* return to patched function */
1955                 emit(A64_MOV(1, A64_R(10), A64_LR), ctx);
1956                 emit(A64_MOV(1, A64_LR, A64_R(9)), ctx);
1957                 emit(A64_RET(A64_R(10)), ctx);
1958         }
1959
1960         if (ctx->image)
1961                 bpf_flush_icache(ctx->image, ctx->image + ctx->idx);
1962
1963         kfree(branches);
1964
1965         return ctx->idx;
1966 }
1967
1968 int arch_prepare_bpf_trampoline(struct bpf_tramp_image *im, void *image,
1969                                 void *image_end, const struct btf_func_model *m,
1970                                 u32 flags, struct bpf_tramp_links *tlinks,
1971                                 void *orig_call)
1972 {
1973         int ret;
1974         int nargs = m->nr_args;
1975         int max_insns = ((long)image_end - (long)image) / AARCH64_INSN_SIZE;
1976         struct jit_ctx ctx = {
1977                 .image = NULL,
1978                 .idx = 0,
1979         };
1980
1981         /* the first 8 arguments are passed by registers */
1982         if (nargs > 8)
1983                 return -ENOTSUPP;
1984
1985         ret = prepare_trampoline(&ctx, im, tlinks, orig_call, nargs, flags);
1986         if (ret < 0)
1987                 return ret;
1988
1989         if (ret > max_insns)
1990                 return -EFBIG;
1991
1992         ctx.image = image;
1993         ctx.idx = 0;
1994
1995         jit_fill_hole(image, (unsigned int)(image_end - image));
1996         ret = prepare_trampoline(&ctx, im, tlinks, orig_call, nargs, flags);
1997
1998         if (ret > 0 && validate_code(&ctx) < 0)
1999                 ret = -EINVAL;
2000
2001         if (ret > 0)
2002                 ret *= AARCH64_INSN_SIZE;
2003
2004         return ret;
2005 }
2006
2007 static bool is_long_jump(void *ip, void *target)
2008 {
2009         long offset;
2010
2011         /* NULL target means this is a NOP */
2012         if (!target)
2013                 return false;
2014
2015         offset = (long)target - (long)ip;
2016         return offset < -SZ_128M || offset >= SZ_128M;
2017 }
2018
2019 static int gen_branch_or_nop(enum aarch64_insn_branch_type type, void *ip,
2020                              void *addr, void *plt, u32 *insn)
2021 {
2022         void *target;
2023
2024         if (!addr) {
2025                 *insn = aarch64_insn_gen_nop();
2026                 return 0;
2027         }
2028
2029         if (is_long_jump(ip, addr))
2030                 target = plt;
2031         else
2032                 target = addr;
2033
2034         *insn = aarch64_insn_gen_branch_imm((unsigned long)ip,
2035                                             (unsigned long)target,
2036                                             type);
2037
2038         return *insn != AARCH64_BREAK_FAULT ? 0 : -EFAULT;
2039 }
2040
2041 /* Replace the branch instruction from @ip to @old_addr in a bpf prog or a bpf
2042  * trampoline with the branch instruction from @ip to @new_addr. If @old_addr
2043  * or @new_addr is NULL, the old or new instruction is NOP.
2044  *
2045  * When @ip is the bpf prog entry, a bpf trampoline is being attached or
2046  * detached. Since bpf trampoline and bpf prog are allocated separately with
2047  * vmalloc, the address distance may exceed 128MB, the maximum branch range.
2048  * So long jump should be handled.
2049  *
2050  * When a bpf prog is constructed, a plt pointing to empty trampoline
2051  * dummy_tramp is placed at the end:
2052  *
2053  *      bpf_prog:
2054  *              mov x9, lr
2055  *              nop // patchsite
2056  *              ...
2057  *              ret
2058  *
2059  *      plt:
2060  *              ldr x10, target
2061  *              br x10
2062  *      target:
2063  *              .quad dummy_tramp // plt target
2064  *
2065  * This is also the state when no trampoline is attached.
2066  *
2067  * When a short-jump bpf trampoline is attached, the patchsite is patched
2068  * to a bl instruction to the trampoline directly:
2069  *
2070  *      bpf_prog:
2071  *              mov x9, lr
2072  *              bl <short-jump bpf trampoline address> // patchsite
2073  *              ...
2074  *              ret
2075  *
2076  *      plt:
2077  *              ldr x10, target
2078  *              br x10
2079  *      target:
2080  *              .quad dummy_tramp // plt target
2081  *
2082  * When a long-jump bpf trampoline is attached, the plt target is filled with
2083  * the trampoline address and the patchsite is patched to a bl instruction to
2084  * the plt:
2085  *
2086  *      bpf_prog:
2087  *              mov x9, lr
2088  *              bl plt // patchsite
2089  *              ...
2090  *              ret
2091  *
2092  *      plt:
2093  *              ldr x10, target
2094  *              br x10
2095  *      target:
2096  *              .quad <long-jump bpf trampoline address> // plt target
2097  *
2098  * The dummy_tramp is used to prevent another CPU from jumping to unknown
2099  * locations during the patching process, making the patching process easier.
2100  */
2101 int bpf_arch_text_poke(void *ip, enum bpf_text_poke_type poke_type,
2102                        void *old_addr, void *new_addr)
2103 {
2104         int ret;
2105         u32 old_insn;
2106         u32 new_insn;
2107         u32 replaced;
2108         struct bpf_plt *plt = NULL;
2109         unsigned long size = 0UL;
2110         unsigned long offset = ~0UL;
2111         enum aarch64_insn_branch_type branch_type;
2112         char namebuf[KSYM_NAME_LEN];
2113         void *image = NULL;
2114         u64 plt_target = 0ULL;
2115         bool poking_bpf_entry;
2116
2117         if (!__bpf_address_lookup((unsigned long)ip, &size, &offset, namebuf))
2118                 /* Only poking bpf text is supported. Since kernel function
2119                  * entry is set up by ftrace, we reply on ftrace to poke kernel
2120                  * functions.
2121                  */
2122                 return -ENOTSUPP;
2123
2124         image = ip - offset;
2125         /* zero offset means we're poking bpf prog entry */
2126         poking_bpf_entry = (offset == 0UL);
2127
2128         /* bpf prog entry, find plt and the real patchsite */
2129         if (poking_bpf_entry) {
2130                 /* plt locates at the end of bpf prog */
2131                 plt = image + size - PLT_TARGET_OFFSET;
2132
2133                 /* skip to the nop instruction in bpf prog entry:
2134                  * bti c // if BTI enabled
2135                  * mov x9, x30
2136                  * nop
2137                  */
2138                 ip = image + POKE_OFFSET * AARCH64_INSN_SIZE;
2139         }
2140
2141         /* long jump is only possible at bpf prog entry */
2142         if (WARN_ON((is_long_jump(ip, new_addr) || is_long_jump(ip, old_addr)) &&
2143                     !poking_bpf_entry))
2144                 return -EINVAL;
2145
2146         if (poke_type == BPF_MOD_CALL)
2147                 branch_type = AARCH64_INSN_BRANCH_LINK;
2148         else
2149                 branch_type = AARCH64_INSN_BRANCH_NOLINK;
2150
2151         if (gen_branch_or_nop(branch_type, ip, old_addr, plt, &old_insn) < 0)
2152                 return -EFAULT;
2153
2154         if (gen_branch_or_nop(branch_type, ip, new_addr, plt, &new_insn) < 0)
2155                 return -EFAULT;
2156
2157         if (is_long_jump(ip, new_addr))
2158                 plt_target = (u64)new_addr;
2159         else if (is_long_jump(ip, old_addr))
2160                 /* if the old target is a long jump and the new target is not,
2161                  * restore the plt target to dummy_tramp, so there is always a
2162                  * legal and harmless address stored in plt target, and we'll
2163                  * never jump from plt to an unknown place.
2164                  */
2165                 plt_target = (u64)&dummy_tramp;
2166
2167         if (plt_target) {
2168                 /* non-zero plt_target indicates we're patching a bpf prog,
2169                  * which is read only.
2170                  */
2171                 if (set_memory_rw(PAGE_MASK & ((uintptr_t)&plt->target), 1))
2172                         return -EFAULT;
2173                 WRITE_ONCE(plt->target, plt_target);
2174                 set_memory_ro(PAGE_MASK & ((uintptr_t)&plt->target), 1);
2175                 /* since plt target points to either the new trampoline
2176                  * or dummy_tramp, even if another CPU reads the old plt
2177                  * target value before fetching the bl instruction to plt,
2178                  * it will be brought back by dummy_tramp, so no barrier is
2179                  * required here.
2180                  */
2181         }
2182
2183         /* if the old target and the new target are both long jumps, no
2184          * patching is required
2185          */
2186         if (old_insn == new_insn)
2187                 return 0;
2188
2189         mutex_lock(&text_mutex);
2190         if (aarch64_insn_read(ip, &replaced)) {
2191                 ret = -EFAULT;
2192                 goto out;
2193         }
2194
2195         if (replaced != old_insn) {
2196                 ret = -EFAULT;
2197                 goto out;
2198         }
2199
2200         /* We call aarch64_insn_patch_text_nosync() to replace instruction
2201          * atomically, so no other CPUs will fetch a half-new and half-old
2202          * instruction. But there is chance that another CPU executes the
2203          * old instruction after the patching operation finishes (e.g.,
2204          * pipeline not flushed, or icache not synchronized yet).
2205          *
2206          * 1. when a new trampoline is attached, it is not a problem for
2207          *    different CPUs to jump to different trampolines temporarily.
2208          *
2209          * 2. when an old trampoline is freed, we should wait for all other
2210          *    CPUs to exit the trampoline and make sure the trampoline is no
2211          *    longer reachable, since bpf_tramp_image_put() function already
2212          *    uses percpu_ref and task-based rcu to do the sync, no need to call
2213          *    the sync version here, see bpf_tramp_image_put() for details.
2214          */
2215         ret = aarch64_insn_patch_text_nosync(ip, new_insn);
2216 out:
2217         mutex_unlock(&text_mutex);
2218
2219         return ret;
2220 }