kernel/kcov.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 #define pr_fmt(fmt) "kcov: " fmt
   3
   4 #define DISABLE_BRANCH_PROFILING
   5 #include <linux/atomic.h>
   6 #include <linux/compiler.h>
   7 #include <linux/errno.h>
   8 #include <linux/export.h>
   9 #include <linux/types.h>
  10 #include <linux/file.h>
  11 #include <linux/fs.h>
  12 #include <linux/hashtable.h>
  13 #include <linux/init.h>
  14 #include <linux/kmsan-checks.h>
  15 #include <linux/mm.h>
  16 #include <linux/preempt.h>
  17 #include <linux/printk.h>
  18 #include <linux/sched.h>
  19 #include <linux/slab.h>
  20 #include <linux/spinlock.h>
  21 #include <linux/vmalloc.h>
  22 #include <linux/debugfs.h>
  23 #include <linux/uaccess.h>
  24 #include <linux/kcov.h>
  25 #include <linux/refcount.h>
  26 #include <linux/log2.h>
  27 #include <asm/setup.h>
  28
  29 #define kcov_debug(fmt, ...) pr_debug("%s: " fmt, __func__, ##__VA_ARGS__)
  30
  31 /* Number of 64-bit words written per one comparison: */
  32 #define KCOV_WORDS_PER_CMP 4
  33
  34 /*
  35  * kcov descriptor (one per opened debugfs file).
  36  * State transitions of the descriptor:
  37  *  - initial state after open()
  38  *  - then there must be a single ioctl(KCOV_INIT_TRACE) call
  39  *  - then, mmap() call (several calls are allowed but not useful)
  40  *  - then, ioctl(KCOV_ENABLE, arg), where arg is
  41  *      KCOV_TRACE_PC - to trace only the PCs
  42  *      or
  43  *      KCOV_TRACE_CMP - to trace only the comparison operands
  44  *  - then, ioctl(KCOV_DISABLE) to disable the task.
  45  * Enabling/disabling ioctls can be repeated (only one task a time allowed).
  46  */
  47 struct kcov {
  48         /*
  49          * Reference counter. We keep one for:
  50          *  - opened file descriptor
  51          *  - task with enabled coverage (we can't unwire it from another task)
  52          *  - each code section for remote coverage collection
  53          */
  54         refcount_t              refcount;
  55         /* The lock protects mode, size, area and t. */
  56         spinlock_t              lock;
  57         enum kcov_mode          mode;
  58         /* Size of arena (in long's). */
  59         unsigned int            size;
  60         /* Coverage buffer shared with user space. */
  61         void                    *area;
  62         /* Task for which we collect coverage, or NULL. */
  63         struct task_struct      *t;
  64         /* Collecting coverage from remote (background) threads. */
  65         bool                    remote;
  66         /* Size of remote area (in long's). */
  67         unsigned int            remote_size;
  68         /*
  69          * Sequence is incremented each time kcov is reenabled, used by
  70          * kcov_remote_stop(), see the comment there.
  71          */
  72         int                     sequence;
  73 };
  74
  75 struct kcov_remote_area {
  76         struct list_head        list;
  77         unsigned int            size;
  78 };
  79
  80 struct kcov_remote {
  81         u64                     handle;
  82         struct kcov             *kcov;
  83         struct hlist_node       hnode;
  84 };
  85
  86 static DEFINE_SPINLOCK(kcov_remote_lock);
  87 static DEFINE_HASHTABLE(kcov_remote_map, 4);
  88 static struct list_head kcov_remote_areas = LIST_HEAD_INIT(kcov_remote_areas);
  89
  90 struct kcov_percpu_data {
  91         void                    *irq_area;
  92         local_lock_t            lock;
  93
  94         unsigned int            saved_mode;
  95         unsigned int            saved_size;
  96         void                    *saved_area;
  97         struct kcov             *saved_kcov;
  98         int                     saved_sequence;
  99 };
 100
 101 static DEFINE_PER_CPU(struct kcov_percpu_data, kcov_percpu_data) = {
 102         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
 103 };
 104
 105 /* Must be called with kcov_remote_lock locked. */
 106 static struct kcov_remote *kcov_remote_find(u64 handle)
 107 {
 108         struct kcov_remote *remote;
 109
 110         hash_for_each_possible(kcov_remote_map, remote, hnode, handle) {
 111                 if (remote->handle == handle)
 112                         return remote;
 113         }
 114         return NULL;
 115 }
 116
 117 /* Must be called with kcov_remote_lock locked. */
 118 static struct kcov_remote *kcov_remote_add(struct kcov *kcov, u64 handle)
 119 {
 120         struct kcov_remote *remote;
 121
 122         if (kcov_remote_find(handle))
 123                 return ERR_PTR(-EEXIST);
 124         remote = kmalloc(sizeof(*remote), GFP_ATOMIC);
 125         if (!remote)
 126                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
 127         remote->handle = handle;
 128         remote->kcov = kcov;
 129         hash_add(kcov_remote_map, &remote->hnode, handle);
 130         return remote;
 131 }
 132
 133 /* Must be called with kcov_remote_lock locked. */
 134 static struct kcov_remote_area *kcov_remote_area_get(unsigned int size)
 135 {
 136         struct kcov_remote_area *area;
 137         struct list_head *pos;
 138
 139         list_for_each(pos, &kcov_remote_areas) {
 140                 area = list_entry(pos, struct kcov_remote_area, list);
 141                 if (area->size == size) {
 142                         list_del(&area->list);
 143                         return area;
 144                 }
 145         }
 146         return NULL;
 147 }
 148
 149 /* Must be called with kcov_remote_lock locked. */
 150 static void kcov_remote_area_put(struct kcov_remote_area *area,
 151                                         unsigned int size)
 152 {
 153         INIT_LIST_HEAD(&area->list);
 154         area->size = size;
 155         list_add(&area->list, &kcov_remote_areas);
 156         /*
 157          * KMSAN doesn't instrument this file, so it may not know area->list
 158          * is initialized. Unpoison it explicitly to avoid reports in
 159          * kcov_remote_area_get().
 160          */
 161         kmsan_unpoison_memory(&area->list, sizeof(area->list));
 162 }
 163
 164 static notrace bool check_kcov_mode(enum kcov_mode needed_mode, struct task_struct *t)
 165 {
 166         unsigned int mode;
 167
 168         /*
 169          * We are interested in code coverage as a function of a syscall inputs,
 170          * so we ignore code executed in interrupts, unless we are in a remote
 171          * coverage collection section in a softirq.
 172          */
 173         if (!in_task() && !(in_serving_softirq() && t->kcov_softirq))
 174                 return false;
 175         mode = READ_ONCE(t->kcov_mode);
 176         /*
 177          * There is some code that runs in interrupts but for which
 178          * in_interrupt() returns false (e.g. preempt_schedule_irq()).
 179          * READ_ONCE()/barrier() effectively provides load-acquire wrt
 180          * interrupts, there are paired barrier()/WRITE_ONCE() in
 181          * kcov_start().
 182          */
 183         barrier();
 184         return mode == needed_mode;
 185 }
 186
 187 static notrace unsigned long canonicalize_ip(unsigned long ip)
 188 {
 189 #ifdef CONFIG_RANDOMIZE_BASE
 190         ip -= kaslr_offset();
 191 #endif
 192         return ip;
 193 }
 194
 195 /*
 196  * Entry point from instrumented code.
 197  * This is called once per basic-block/edge.
 198  */
 199 void notrace __sanitizer_cov_trace_pc(void)
 200 {
 201         struct task_struct *t;
 202         unsigned long *area;
 203         unsigned long ip = canonicalize_ip(_RET_IP_);
 204         unsigned long pos;
 205
 206         t = current;
 207         if (!check_kcov_mode(KCOV_MODE_TRACE_PC, t))
 208                 return;
 209
 210         area = t->kcov_area;
 211         /* The first 64-bit word is the number of subsequent PCs. */
 212         pos = READ_ONCE(area[0]) + 1;
 213         if (likely(pos < t->kcov_size)) {
 214                 /* Previously we write pc before updating pos. However, some
 215                  * early interrupt code could bypass check_kcov_mode() check
 216                  * and invoke __sanitizer_cov_trace_pc(). If such interrupt is
 217                  * raised between writing pc and updating pos, the pc could be
 218                  * overitten by the recursive __sanitizer_cov_trace_pc().
 219                  * Update pos before writing pc to avoid such interleaving.
 220                  */
 221                 WRITE_ONCE(area[0], pos);
 222                 barrier();
 223                 area[pos] = ip;
 224         }
 225 }
 226 EXPORT_SYMBOL(__sanitizer_cov_trace_pc);
 227
 228 #ifdef CONFIG_KCOV_ENABLE_COMPARISONS
 229 static void notrace write_comp_data(u64 type, u64 arg1, u64 arg2, u64 ip)
 230 {
 231         struct task_struct *t;
 232         u64 *area;
 233         u64 count, start_index, end_pos, max_pos;
 234
 235         t = current;
 236         if (!check_kcov_mode(KCOV_MODE_TRACE_CMP, t))
 237                 return;
 238
 239         ip = canonicalize_ip(ip);
 240
 241         /*
 242          * We write all comparison arguments and types as u64.
 243          * The buffer was allocated for t->kcov_size unsigned longs.
 244          */
 245         area = (u64 *)t->kcov_area;
 246         max_pos = t->kcov_size * sizeof(unsigned long);
 247
 248         count = READ_ONCE(area[0]);
 249
 250         /* Every record is KCOV_WORDS_PER_CMP 64-bit words. */
 251         start_index = 1 + count * KCOV_WORDS_PER_CMP;
 252         end_pos = (start_index + KCOV_WORDS_PER_CMP) * sizeof(u64);
 253         if (likely(end_pos <= max_pos)) {
 254                 /* See comment in __sanitizer_cov_trace_pc(). */
 255                 WRITE_ONCE(area[0], count + 1);
 256                 barrier();
 257                 area[start_index] = type;
 258                 area[start_index + 1] = arg1;
 259                 area[start_index + 2] = arg2;
 260                 area[start_index + 3] = ip;
 261         }
 262 }
 263
 264 void notrace __sanitizer_cov_trace_cmp1(u8 arg1, u8 arg2)
 265 {
 266         write_comp_data(KCOV_CMP_SIZE(0), arg1, arg2, _RET_IP_);
 267 }
 268 EXPORT_SYMBOL(__sanitizer_cov_trace_cmp1);
 269
 270 void notrace __sanitizer_cov_trace_cmp2(u16 arg1, u16 arg2)
 271 {
 272         write_comp_data(KCOV_CMP_SIZE(1), arg1, arg2, _RET_IP_);
 273 }
 274 EXPORT_SYMBOL(__sanitizer_cov_trace_cmp2);
 275
 276 void notrace __sanitizer_cov_trace_cmp4(u32 arg1, u32 arg2)
 277 {
 278         write_comp_data(KCOV_CMP_SIZE(2), arg1, arg2, _RET_IP_);
 279 }
 280 EXPORT_SYMBOL(__sanitizer_cov_trace_cmp4);
 281
 282 void notrace __sanitizer_cov_trace_cmp8(kcov_u64 arg1, kcov_u64 arg2)
 283 {
 284         write_comp_data(KCOV_CMP_SIZE(3), arg1, arg2, _RET_IP_);
 285 }
 286 EXPORT_SYMBOL(__sanitizer_cov_trace_cmp8);
 287
 288 void notrace __sanitizer_cov_trace_const_cmp1(u8 arg1, u8 arg2)
 289 {
 290         write_comp_data(KCOV_CMP_SIZE(0) | KCOV_CMP_CONST, arg1, arg2,
 291                         _RET_IP_);
 292 }
 293 EXPORT_SYMBOL(__sanitizer_cov_trace_const_cmp1);
 294
 295 void notrace __sanitizer_cov_trace_const_cmp2(u16 arg1, u16 arg2)
 296 {
 297         write_comp_data(KCOV_CMP_SIZE(1) | KCOV_CMP_CONST, arg1, arg2,
 298                         _RET_IP_);
 299 }
 300 EXPORT_SYMBOL(__sanitizer_cov_trace_const_cmp2);
 301
 302 void notrace __sanitizer_cov_trace_const_cmp4(u32 arg1, u32 arg2)
 303 {
 304         write_comp_data(KCOV_CMP_SIZE(2) | KCOV_CMP_CONST, arg1, arg2,
 305                         _RET_IP_);
 306 }
 307 EXPORT_SYMBOL(__sanitizer_cov_trace_const_cmp4);
 308
 309 void notrace __sanitizer_cov_trace_const_cmp8(kcov_u64 arg1, kcov_u64 arg2)
 310 {
 311         write_comp_data(KCOV_CMP_SIZE(3) | KCOV_CMP_CONST, arg1, arg2,
 312                         _RET_IP_);
 313 }
 314 EXPORT_SYMBOL(__sanitizer_cov_trace_const_cmp8);
 315
 316 void notrace __sanitizer_cov_trace_switch(kcov_u64 val, void *arg)
 317 {
 318         u64 i;
 319         u64 *cases = arg;
 320         u64 count = cases[0];
 321         u64 size = cases[1];
 322         u64 type = KCOV_CMP_CONST;
 323
 324         switch (size) {
 325         case 8:
 326                 type |= KCOV_CMP_SIZE(0);
 327                 break;
 328         case 16:
 329                 type |= KCOV_CMP_SIZE(1);
 330                 break;
 331         case 32:
 332                 type |= KCOV_CMP_SIZE(2);
 333                 break;
 334         case 64:
 335                 type |= KCOV_CMP_SIZE(3);
 336                 break;
 337         default:
 338                 return;
 339         }
 340         for (i = 0; i < count; i++)
 341                 write_comp_data(type, cases[i + 2], val, _RET_IP_);
 342 }
 343 EXPORT_SYMBOL(__sanitizer_cov_trace_switch);
 344 #endif /* ifdef CONFIG_KCOV_ENABLE_COMPARISONS */
 345
 346 static void kcov_start(struct task_struct *t, struct kcov *kcov,
 347                         unsigned int size, void *area, enum kcov_mode mode,
 348                         int sequence)
 349 {
 350         kcov_debug("t = %px, size = %u, area = %px\n", t, size, area);
 351         t->kcov = kcov;
 352         /* Cache in task struct for performance. */
 353         t->kcov_size = size;
 354         t->kcov_area = area;
 355         t->kcov_sequence = sequence;
 356         /* See comment in check_kcov_mode(). */
 357         barrier();
 358         WRITE_ONCE(t->kcov_mode, mode);
 359 }
 360
 361 static void kcov_stop(struct task_struct *t)
 362 {
 363         WRITE_ONCE(t->kcov_mode, KCOV_MODE_DISABLED);
 364         barrier();
 365         t->kcov = NULL;
 366         t->kcov_size = 0;
 367         t->kcov_area = NULL;
 368 }
 369
 370 static void kcov_task_reset(struct task_struct *t)
 371 {
 372         kcov_stop(t);
 373         t->kcov_sequence = 0;
 374         t->kcov_handle = 0;
 375 }
 376
 377 void kcov_task_init(struct task_struct *t)
 378 {
 379         kcov_task_reset(t);
 380         t->kcov_handle = current->kcov_handle;
 381 }
 382
 383 static void kcov_reset(struct kcov *kcov)
 384 {
 385         kcov->t = NULL;
 386         kcov->mode = KCOV_MODE_INIT;
 387         kcov->remote = false;
 388         kcov->remote_size = 0;
 389         kcov->sequence++;
 390 }
 391
 392 static void kcov_remote_reset(struct kcov *kcov)
 393 {
 394         int bkt;
 395         struct kcov_remote *remote;
 396         struct hlist_node *tmp;
 397         unsigned long flags;
 398
 399         spin_lock_irqsave(&kcov_remote_lock, flags);
 400         hash_for_each_safe(kcov_remote_map, bkt, tmp, remote, hnode) {
 401                 if (remote->kcov != kcov)
 402                         continue;
 403                 hash_del(&remote->hnode);
 404                 kfree(remote);
 405         }
 406         /* Do reset before unlock to prevent races with kcov_remote_start(). */
 407         kcov_reset(kcov);
 408         spin_unlock_irqrestore(&kcov_remote_lock, flags);
 409 }
 410
 411 static void kcov_disable(struct task_struct *t, struct kcov *kcov)
 412 {
 413         kcov_task_reset(t);
 414         if (kcov->remote)
 415                 kcov_remote_reset(kcov);
 416         else
 417                 kcov_reset(kcov);
 418 }
 419
 420 static void kcov_get(struct kcov *kcov)
 421 {
 422         refcount_inc(&kcov->refcount);
 423 }
 424
 425 static void kcov_put(struct kcov *kcov)
 426 {
 427         if (refcount_dec_and_test(&kcov->refcount)) {
 428                 kcov_remote_reset(kcov);
 429                 vfree(kcov->area);
 430                 kfree(kcov);
 431         }
 432 }
 433
 434 void kcov_task_exit(struct task_struct *t)
 435 {
 436         struct kcov *kcov;
 437         unsigned long flags;
 438
 439         kcov = t->kcov;
 440         if (kcov == NULL)
 441                 return;
 442
 443         spin_lock_irqsave(&kcov->lock, flags);
 444         kcov_debug("t = %px, kcov->t = %px\n", t, kcov->t);
 445         /*
 446          * For KCOV_ENABLE devices we want to make sure that t->kcov->t == t,
 447          * which comes down to:
 448          *        WARN_ON(!kcov->remote && kcov->t != t);
 449          *
 450          * For KCOV_REMOTE_ENABLE devices, the exiting task is either:
 451          *
 452          * 1. A remote task between kcov_remote_start() and kcov_remote_stop().
 453          *    In this case we should print a warning right away, since a task
 454          *    shouldn't be exiting when it's in a kcov coverage collection
 455          *    section. Here t points to the task that is collecting remote
 456          *    coverage, and t->kcov->t points to the thread that created the
 457          *    kcov device. Which means that to detect this case we need to
 458          *    check that t != t->kcov->t, and this gives us the following:
 459          *        WARN_ON(kcov->remote && kcov->t != t);
 460          *
 461          * 2. The task that created kcov exiting without calling KCOV_DISABLE,
 462          *    and then again we make sure that t->kcov->t == t:
 463          *        WARN_ON(kcov->remote && kcov->t != t);
 464          *
 465          * By combining all three checks into one we get:
 466          */
 467         if (WARN_ON(kcov->t != t)) {
 468                 spin_unlock_irqrestore(&kcov->lock, flags);
 469                 return;
 470         }
 471         /* Just to not leave dangling references behind. */
 472         kcov_disable(t, kcov);
 473         spin_unlock_irqrestore(&kcov->lock, flags);
 474         kcov_put(kcov);
 475 }
 476
 477 static int kcov_mmap(struct file *filep, struct vm_area_struct *vma)
 478 {
 479         int res = 0;
 480         struct kcov *kcov = vma->vm_file->private_data;
 481         unsigned long size, off;
 482         struct page *page;
 483         unsigned long flags;
 484
 485         spin_lock_irqsave(&kcov->lock, flags);
 486         size = kcov->size * sizeof(unsigned long);
 487         if (kcov->area == NULL || vma->vm_pgoff != 0 ||
 488             vma->vm_end - vma->vm_start != size) {
 489                 res = -EINVAL;
 490                 goto exit;
 491         }
 492         spin_unlock_irqrestore(&kcov->lock, flags);
 493         vm_flags_set(vma, VM_DONTEXPAND);
 494         for (off = 0; off < size; off += PAGE_SIZE) {
 495                 page = vmalloc_to_page(kcov->area + off);
 496                 res = vm_insert_page(vma, vma->vm_start + off, page);
 497                 if (res) {
 498                         pr_warn_once("kcov: vm_insert_page() failed\n");
 499                         return res;
 500                 }
 501         }
 502         return 0;
 503 exit:
 504         spin_unlock_irqrestore(&kcov->lock, flags);
 505         return res;
 506 }
 507
 508 static int kcov_open(struct inode *inode, struct file *filep)
 509 {
 510         struct kcov *kcov;
 511
 512         kcov = kzalloc(sizeof(*kcov), GFP_KERNEL);
 513         if (!kcov)
 514                 return -ENOMEM;
 515         kcov->mode = KCOV_MODE_DISABLED;
 516         kcov->sequence = 1;
 517         refcount_set(&kcov->refcount, 1);
 518         spin_lock_init(&kcov->lock);
 519         filep->private_data = kcov;
 520         return nonseekable_open(inode, filep);
 521 }
 522
 523 static int kcov_close(struct inode *inode, struct file *filep)
 524 {
 525         kcov_put(filep->private_data);
 526         return 0;
 527 }
 528
 529 static int kcov_get_mode(unsigned long arg)
 530 {
 531         if (arg == KCOV_TRACE_PC)
 532                 return KCOV_MODE_TRACE_PC;
 533         else if (arg == KCOV_TRACE_CMP)
 534 #ifdef CONFIG_KCOV_ENABLE_COMPARISONS
 535                 return KCOV_MODE_TRACE_CMP;
 536 #else
 537                 return -ENOTSUPP;
 538 #endif
 539         else
 540                 return -EINVAL;
 541 }
 542
 543 /*
 544  * Fault in a lazily-faulted vmalloc area before it can be used by
 545  * __santizer_cov_trace_pc(), to avoid recursion issues if any code on the
 546  * vmalloc fault handling path is instrumented.
 547  */
 548 static void kcov_fault_in_area(struct kcov *kcov)
 549 {
 550         unsigned long stride = PAGE_SIZE / sizeof(unsigned long);
 551         unsigned long *area = kcov->area;
 552         unsigned long offset;
 553
 554         for (offset = 0; offset < kcov->size; offset += stride)
 555                 READ_ONCE(area[offset]);
 556 }
 557
 558 static inline bool kcov_check_handle(u64 handle, bool common_valid,
 559                                 bool uncommon_valid, bool zero_valid)
 560 {
 561         if (handle & ~(KCOV_SUBSYSTEM_MASK | KCOV_INSTANCE_MASK))
 562                 return false;
 563         switch (handle & KCOV_SUBSYSTEM_MASK) {
 564         case KCOV_SUBSYSTEM_COMMON:
 565                 return (handle & KCOV_INSTANCE_MASK) ?
 566                         common_valid : zero_valid;
 567         case KCOV_SUBSYSTEM_USB:
 568                 return uncommon_valid;
 569         default:
 570                 return false;
 571         }
 572         return false;
 573 }
 574
 575 static int kcov_ioctl_locked(struct kcov *kcov, unsigned int cmd,
 576                              unsigned long arg)
 577 {
 578         struct task_struct *t;
 579         unsigned long flags, unused;
 580         int mode, i;
 581         struct kcov_remote_arg *remote_arg;
 582         struct kcov_remote *remote;
 583
 584         switch (cmd) {
 585         case KCOV_ENABLE:
 586                 /*
 587                  * Enable coverage for the current task.
 588                  * At this point user must have been enabled trace mode,
 589                  * and mmapped the file. Coverage collection is disabled only
 590                  * at task exit or voluntary by KCOV_DISABLE. After that it can
 591                  * be enabled for another task.
 592                  */
 593                 if (kcov->mode != KCOV_MODE_INIT || !kcov->area)
 594                         return -EINVAL;
 595                 t = current;
 596                 if (kcov->t != NULL || t->kcov != NULL)
 597                         return -EBUSY;
 598                 mode = kcov_get_mode(arg);
 599                 if (mode < 0)
 600                         return mode;
 601                 kcov_fault_in_area(kcov);
 602                 kcov->mode = mode;
 603                 kcov_start(t, kcov, kcov->size, kcov->area, kcov->mode,
 604                                 kcov->sequence);
 605                 kcov->t = t;
 606                 /* Put either in kcov_task_exit() or in KCOV_DISABLE. */
 607                 kcov_get(kcov);
 608                 return 0;
 609         case KCOV_DISABLE:
 610                 /* Disable coverage for the current task. */
 611                 unused = arg;
 612                 if (unused != 0 || current->kcov != kcov)
 613                         return -EINVAL;
 614                 t = current;
 615                 if (WARN_ON(kcov->t != t))
 616                         return -EINVAL;
 617                 kcov_disable(t, kcov);
 618                 kcov_put(kcov);
 619                 return 0;
 620         case KCOV_REMOTE_ENABLE:
 621                 if (kcov->mode != KCOV_MODE_INIT || !kcov->area)
 622                         return -EINVAL;
 623                 t = current;
 624                 if (kcov->t != NULL || t->kcov != NULL)
 625                         return -EBUSY;
 626                 remote_arg = (struct kcov_remote_arg *)arg;
 627                 mode = kcov_get_mode(remote_arg->trace_mode);
 628                 if (mode < 0)
 629                         return mode;
 630                 if ((unsigned long)remote_arg->area_size >
 631                     LONG_MAX / sizeof(unsigned long))
 632                         return -EINVAL;
 633                 kcov->mode = mode;
 634                 t->kcov = kcov;
 635                 kcov->t = t;
 636                 kcov->remote = true;
 637                 kcov->remote_size = remote_arg->area_size;
 638                 spin_lock_irqsave(&kcov_remote_lock, flags);
 639                 for (i = 0; i < remote_arg->num_handles; i++) {
 640                         if (!kcov_check_handle(remote_arg->handles[i],
 641                                                 false, true, false)) {
 642                                 spin_unlock_irqrestore(&kcov_remote_lock,
 643                                                         flags);
 644                                 kcov_disable(t, kcov);
 645                                 return -EINVAL;
 646                         }
 647                         remote = kcov_remote_add(kcov, remote_arg->handles[i]);
 648                         if (IS_ERR(remote)) {
 649                                 spin_unlock_irqrestore(&kcov_remote_lock,
 650                                                         flags);
 651                                 kcov_disable(t, kcov);
 652                                 return PTR_ERR(remote);
 653                         }
 654                 }
 655                 if (remote_arg->common_handle) {
 656                         if (!kcov_check_handle(remote_arg->common_handle,
 657                                                 true, false, false)) {
 658                                 spin_unlock_irqrestore(&kcov_remote_lock,
 659                                                         flags);
 660                                 kcov_disable(t, kcov);
 661                                 return -EINVAL;
 662                         }
 663                         remote = kcov_remote_add(kcov,
 664                                         remote_arg->common_handle);
 665                         if (IS_ERR(remote)) {
 666                                 spin_unlock_irqrestore(&kcov_remote_lock,
 667                                                         flags);
 668                                 kcov_disable(t, kcov);
 669                                 return PTR_ERR(remote);
 670                         }
 671                         t->kcov_handle = remote_arg->common_handle;
 672                 }
 673                 spin_unlock_irqrestore(&kcov_remote_lock, flags);
 674                 /* Put either in kcov_task_exit() or in KCOV_DISABLE. */
 675                 kcov_get(kcov);
 676                 return 0;
 677         default:
 678                 return -ENOTTY;
 679         }
 680 }
 681
 682 static long kcov_ioctl(struct file *filep, unsigned int cmd, unsigned long arg)
 683 {
 684         struct kcov *kcov;
 685         int res;
 686         struct kcov_remote_arg *remote_arg = NULL;
 687         unsigned int remote_num_handles;
 688         unsigned long remote_arg_size;
 689         unsigned long size, flags;
 690         void *area;
 691
 692         kcov = filep->private_data;
 693         switch (cmd) {
 694         case KCOV_INIT_TRACE:
 695                 /*
 696                  * Enable kcov in trace mode and setup buffer size.
 697                  * Must happen before anything else.
 698                  *
 699                  * First check the size argument - it must be at least 2
 700                  * to hold the current position and one PC.
 701                  */
 702                 size = arg;
 703                 if (size < 2 || size > INT_MAX / sizeof(unsigned long))
 704                         return -EINVAL;
 705                 area = vmalloc_user(size * sizeof(unsigned long));
 706                 if (area == NULL)
 707                         return -ENOMEM;
 708                 spin_lock_irqsave(&kcov->lock, flags);
 709                 if (kcov->mode != KCOV_MODE_DISABLED) {
 710                         spin_unlock_irqrestore(&kcov->lock, flags);
 711                         vfree(area);
 712                         return -EBUSY;
 713                 }
 714                 kcov->area = area;
 715                 kcov->size = size;
 716                 kcov->mode = KCOV_MODE_INIT;
 717                 spin_unlock_irqrestore(&kcov->lock, flags);
 718                 return 0;
 719         case KCOV_REMOTE_ENABLE:
 720                 if (get_user(remote_num_handles, (unsigned __user *)(arg +
 721                                 offsetof(struct kcov_remote_arg, num_handles))))
 722                         return -EFAULT;
 723                 if (remote_num_handles > KCOV_REMOTE_MAX_HANDLES)
 724                         return -EINVAL;
 725                 remote_arg_size = struct_size(remote_arg, handles,
 726                                         remote_num_handles);
 727                 remote_arg = memdup_user((void __user *)arg, remote_arg_size);
 728                 if (IS_ERR(remote_arg))
 729                         return PTR_ERR(remote_arg);
 730                 if (remote_arg->num_handles != remote_num_handles) {
 731                         kfree(remote_arg);
 732                         return -EINVAL;
 733                 }
 734                 arg = (unsigned long)remote_arg;
 735                 fallthrough;
 736         default:
 737                 /*
 738                  * All other commands can be normally executed under a spin lock, so we
 739                  * obtain and release it here in order to simplify kcov_ioctl_locked().
 740                  */
 741                 spin_lock_irqsave(&kcov->lock, flags);
 742                 res = kcov_ioctl_locked(kcov, cmd, arg);
 743                 spin_unlock_irqrestore(&kcov->lock, flags);
 744                 kfree(remote_arg);
 745                 return res;
 746         }
 747 }
 748
 749 static const struct file_operations kcov_fops = {
 750         .open           = kcov_open,
 751         .unlocked_ioctl = kcov_ioctl,
 752         .compat_ioctl   = kcov_ioctl,
 753         .mmap           = kcov_mmap,
 754         .release        = kcov_close,
 755 };
 756
 757 /*
 758  * kcov_remote_start() and kcov_remote_stop() can be used to annotate a section
 759  * of code in a kernel background thread or in a softirq to allow kcov to be
 760  * used to collect coverage from that part of code.
 761  *
 762  * The handle argument of kcov_remote_start() identifies a code section that is
 763  * used for coverage collection. A userspace process passes this handle to
 764  * KCOV_REMOTE_ENABLE ioctl to make the used kcov device start collecting
 765  * coverage for the code section identified by this handle.
 766  *
 767  * The usage of these annotations in the kernel code is different depending on
 768  * the type of the kernel thread whose code is being annotated.
 769  *
 770  * For global kernel threads that are spawned in a limited number of instances
 771  * (e.g. one USB hub_event() worker thread is spawned per USB HCD) and for
 772  * softirqs, each instance must be assigned a unique 4-byte instance id. The
 773  * instance id is then combined with a 1-byte subsystem id to get a handle via
 774  * kcov_remote_handle(subsystem_id, instance_id).
 775  *
 776  * For local kernel threads that are spawned from system calls handler when a
 777  * user interacts with some kernel interface (e.g. vhost workers), a handle is
 778  * passed from a userspace process as the common_handle field of the
 779  * kcov_remote_arg struct (note, that the user must generate a handle by using
 780  * kcov_remote_handle() with KCOV_SUBSYSTEM_COMMON as the subsystem id and an
 781  * arbitrary 4-byte non-zero number as the instance id). This common handle
 782  * then gets saved into the task_struct of the process that issued the
 783  * KCOV_REMOTE_ENABLE ioctl. When this process issues system calls that spawn
 784  * kernel threads, the common handle must be retrieved via kcov_common_handle()
 785  * and passed to the spawned threads via custom annotations. Those kernel
 786  * threads must in turn be annotated with kcov_remote_start(common_handle) and
 787  * kcov_remote_stop(). All of the threads that are spawned by the same process
 788  * obtain the same handle, hence the name "common".
 789  *
 790  * See Documentation/dev-tools/kcov.rst for more details.
 791  *
 792  * Internally, kcov_remote_start() looks up the kcov device associated with the
 793  * provided handle, allocates an area for coverage collection, and saves the
 794  * pointers to kcov and area into the current task_struct to allow coverage to
 795  * be collected via __sanitizer_cov_trace_pc().
 796  * In turns kcov_remote_stop() clears those pointers from task_struct to stop
 797  * collecting coverage and copies all collected coverage into the kcov area.
 798  */
 799
 800 static inline bool kcov_mode_enabled(unsigned int mode)
 801 {
 802         return (mode & ~KCOV_IN_CTXSW) != KCOV_MODE_DISABLED;
 803 }
 804
 805 static void kcov_remote_softirq_start(struct task_struct *t)
 806 {
 807         struct kcov_percpu_data *data = this_cpu_ptr(&kcov_percpu_data);
 808         unsigned int mode;
 809
 810         mode = READ_ONCE(t->kcov_mode);
 811         barrier();
 812         if (kcov_mode_enabled(mode)) {
 813                 data->saved_mode = mode;
 814                 data->saved_size = t->kcov_size;
 815                 data->saved_area = t->kcov_area;
 816                 data->saved_sequence = t->kcov_sequence;
 817                 data->saved_kcov = t->kcov;
 818                 kcov_stop(t);
 819         }
 820 }
 821
 822 static void kcov_remote_softirq_stop(struct task_struct *t)
 823 {
 824         struct kcov_percpu_data *data = this_cpu_ptr(&kcov_percpu_data);
 825
 826         if (data->saved_kcov) {
 827                 kcov_start(t, data->saved_kcov, data->saved_size,
 828                                 data->saved_area, data->saved_mode,
 829                                 data->saved_sequence);
 830                 data->saved_mode = 0;
 831                 data->saved_size = 0;
 832                 data->saved_area = NULL;
 833                 data->saved_sequence = 0;
 834                 data->saved_kcov = NULL;
 835         }
 836 }
 837
 838 void kcov_remote_start(u64 handle)
 839 {
 840         struct task_struct *t = current;
 841         struct kcov_remote *remote;
 842         struct kcov *kcov;
 843         unsigned int mode;
 844         void *area;
 845         unsigned int size;
 846         int sequence;
 847         unsigned long flags;
 848
 849         if (WARN_ON(!kcov_check_handle(handle, true, true, true)))
 850                 return;
 851         if (!in_task() && !in_serving_softirq())
 852                 return;
 853
 854         local_lock_irqsave(&kcov_percpu_data.lock, flags);
 855
 856         /*
 857          * Check that kcov_remote_start() is not called twice in background
 858          * threads nor called by user tasks (with enabled kcov).
 859          */
 860         mode = READ_ONCE(t->kcov_mode);
 861         if (WARN_ON(in_task() && kcov_mode_enabled(mode))) {
 862                 local_unlock_irqrestore(&kcov_percpu_data.lock, flags);
 863                 return;
 864         }
 865         /*
 866          * Check that kcov_remote_start() is not called twice in softirqs.
 867          * Note, that kcov_remote_start() can be called from a softirq that
 868          * happened while collecting coverage from a background thread.
 869          */
 870         if (WARN_ON(in_serving_softirq() && t->kcov_softirq)) {
 871                 local_unlock_irqrestore(&kcov_percpu_data.lock, flags);
 872                 return;
 873         }
 874
 875         spin_lock(&kcov_remote_lock);
 876         remote = kcov_remote_find(handle);
 877         if (!remote) {
 878                 spin_unlock(&kcov_remote_lock);
 879                 local_unlock_irqrestore(&kcov_percpu_data.lock, flags);
 880                 return;
 881         }
 882         kcov_debug("handle = %llx, context: %s\n", handle,
 883                         in_task() ? "task" : "softirq");
 884         kcov = remote->kcov;
 885         /* Put in kcov_remote_stop(). */
 886         kcov_get(kcov);
 887         /*
 888          * Read kcov fields before unlock to prevent races with
 889          * KCOV_DISABLE / kcov_remote_reset().
 890          */
 891         mode = kcov->mode;
 892         sequence = kcov->sequence;
 893         if (in_task()) {
 894                 size = kcov->remote_size;
 895                 area = kcov_remote_area_get(size);
 896         } else {
 897                 size = CONFIG_KCOV_IRQ_AREA_SIZE;
 898                 area = this_cpu_ptr(&kcov_percpu_data)->irq_area;
 899         }
 900         spin_unlock(&kcov_remote_lock);
 901
 902         /* Can only happen when in_task(). */
 903         if (!area) {
 904                 local_unlock_irqrestore(&kcov_percpu_data.lock, flags);
 905                 area = vmalloc(size * sizeof(unsigned long));
 906                 if (!area) {
 907                         kcov_put(kcov);
 908                         return;
 909                 }
 910                 local_lock_irqsave(&kcov_percpu_data.lock, flags);
 911         }
 912
 913         /* Reset coverage size. */
 914         *(u64 *)area = 0;
 915
 916         if (in_serving_softirq()) {
 917                 kcov_remote_softirq_start(t);
 918                 t->kcov_softirq = 1;
 919         }
 920         kcov_start(t, kcov, size, area, mode, sequence);
 921
 922         local_unlock_irqrestore(&kcov_percpu_data.lock, flags);
 923
 924 }
 925 EXPORT_SYMBOL(kcov_remote_start);
 926
 927 static void kcov_move_area(enum kcov_mode mode, void *dst_area,
 928                                 unsigned int dst_area_size, void *src_area)
 929 {
 930         u64 word_size = sizeof(unsigned long);
 931         u64 count_size, entry_size_log;
 932         u64 dst_len, src_len;
 933         void *dst_entries, *src_entries;
 934         u64 dst_occupied, dst_free, bytes_to_move, entries_moved;
 935
 936         kcov_debug("%px %u <= %px %lu\n",
 937                 dst_area, dst_area_size, src_area, *(unsigned long *)src_area);
 938
 939         switch (mode) {
 940         case KCOV_MODE_TRACE_PC:
 941                 dst_len = READ_ONCE(*(unsigned long *)dst_area);
 942                 src_len = *(unsigned long *)src_area;
 943                 count_size = sizeof(unsigned long);
 944                 entry_size_log = __ilog2_u64(sizeof(unsigned long));
 945                 break;
 946         case KCOV_MODE_TRACE_CMP:
 947                 dst_len = READ_ONCE(*(u64 *)dst_area);
 948                 src_len = *(u64 *)src_area;
 949                 count_size = sizeof(u64);
 950                 BUILD_BUG_ON(!is_power_of_2(KCOV_WORDS_PER_CMP));
 951                 entry_size_log = __ilog2_u64(sizeof(u64) * KCOV_WORDS_PER_CMP);
 952                 break;
 953         default:
 954                 WARN_ON(1);
 955                 return;
 956         }
 957
 958         /* As arm can't divide u64 integers use log of entry size. */
 959         if (dst_len > ((dst_area_size * word_size - count_size) >>
 960                                 entry_size_log))
 961                 return;
 962         dst_occupied = count_size + (dst_len << entry_size_log);
 963         dst_free = dst_area_size * word_size - dst_occupied;
 964         bytes_to_move = min(dst_free, src_len << entry_size_log);
 965         dst_entries = dst_area + dst_occupied;
 966         src_entries = src_area + count_size;
 967         memcpy(dst_entries, src_entries, bytes_to_move);
 968         entries_moved = bytes_to_move >> entry_size_log;
 969
 970         switch (mode) {
 971         case KCOV_MODE_TRACE_PC:
 972                 WRITE_ONCE(*(unsigned long *)dst_area, dst_len + entries_moved);
 973                 break;
 974         case KCOV_MODE_TRACE_CMP:
 975                 WRITE_ONCE(*(u64 *)dst_area, dst_len + entries_moved);
 976                 break;
 977         default:
 978                 break;
 979         }
 980 }
 981
 982 /* See the comment before kcov_remote_start() for usage details. */
 983 void kcov_remote_stop(void)
 984 {
 985         struct task_struct *t = current;
 986         struct kcov *kcov;
 987         unsigned int mode;
 988         void *area;
 989         unsigned int size;
 990         int sequence;
 991         unsigned long flags;
 992
 993         if (!in_task() && !in_serving_softirq())
 994                 return;
 995
 996         local_lock_irqsave(&kcov_percpu_data.lock, flags);
 997
 998         mode = READ_ONCE(t->kcov_mode);
 999         barrier();
1000         if (!kcov_mode_enabled(mode)) {
1001                 local_unlock_irqrestore(&kcov_percpu_data.lock, flags);
1002                 return;
1003         }
1004         /*
1005          * When in softirq, check if the corresponding kcov_remote_start()
1006          * actually found the remote handle and started collecting coverage.
1007          */
1008         if (in_serving_softirq() && !t->kcov_softirq) {
1009                 local_unlock_irqrestore(&kcov_percpu_data.lock, flags);
1010                 return;
1011         }
1012         /* Make sure that kcov_softirq is only set when in softirq. */
1013         if (WARN_ON(!in_serving_softirq() && t->kcov_softirq)) {
1014                 local_unlock_irqrestore(&kcov_percpu_data.lock, flags);
1015                 return;
1016         }
1017
1018         kcov = t->kcov;
1019         area = t->kcov_area;
1020         size = t->kcov_size;
1021         sequence = t->kcov_sequence;
1022
1023         kcov_stop(t);
1024         if (in_serving_softirq()) {
1025                 t->kcov_softirq = 0;
1026                 kcov_remote_softirq_stop(t);
1027         }
1028
1029         spin_lock(&kcov->lock);
1030         /*
1031          * KCOV_DISABLE could have been called between kcov_remote_start()
1032          * and kcov_remote_stop(), hence the sequence check.
1033          */
1034         if (sequence == kcov->sequence && kcov->remote)
1035                 kcov_move_area(kcov->mode, kcov->area, kcov->size, area);
1036         spin_unlock(&kcov->lock);
1037
1038         if (in_task()) {
1039                 spin_lock(&kcov_remote_lock);
1040                 kcov_remote_area_put(area, size);
1041                 spin_unlock(&kcov_remote_lock);
1042         }
1043
1044         local_unlock_irqrestore(&kcov_percpu_data.lock, flags);
1045
1046         /* Get in kcov_remote_start(). */
1047         kcov_put(kcov);
1048 }
1049 EXPORT_SYMBOL(kcov_remote_stop);
1050
1051 /* See the comment before kcov_remote_start() for usage details. */
1052 u64 kcov_common_handle(void)
1053 {
1054         if (!in_task())
1055                 return 0;
1056         return current->kcov_handle;
1057 }
1058 EXPORT_SYMBOL(kcov_common_handle);
1059
1060 static int __init kcov_init(void)
1061 {
1062         int cpu;
1063
1064         for_each_possible_cpu(cpu) {
1065                 void *area = vmalloc_node(CONFIG_KCOV_IRQ_AREA_SIZE *
1066                                 sizeof(unsigned long), cpu_to_node(cpu));
1067                 if (!area)
1068                         return -ENOMEM;
1069                 per_cpu_ptr(&kcov_percpu_data, cpu)->irq_area = area;
1070         }
1071
1072         /*
1073          * The kcov debugfs file won't ever get removed and thus,
1074          * there is no need to protect it against removal races. The
1075          * use of debugfs_create_file_unsafe() is actually safe here.
1076          */
1077         debugfs_create_file_unsafe("kcov", 0600, NULL, NULL, &kcov_fops);
1078
1079         return 0;
1080 }
1081
1082 device_initcall(kcov_init);