arch/x86/boot/compressed/misc.c

   1 /*
   2  * misc.c
   3  *
   4  * This is a collection of several routines used to extract the kernel
   5  * which includes KASLR relocation, decompression, ELF parsing, and
   6  * relocation processing. Additionally included are the screen and serial
   7  * output functions and related debugging support functions.
   8  *
   9  * malloc by Hannu Savolainen 1993 and Matthias Urlichs 1994
  10  * puts by Nick Holloway 1993, better puts by Martin Mares 1995
  11  * High loaded stuff by Hans Lermen & Werner Almesberger, Feb. 1996
  12  */
  13
  14 #include "misc.h"
  15 #include "error.h"
  16 #include "../string.h"
  17 #include "../voffset.h"
  18
  19 /*
  20  * WARNING!!
  21  * This code is compiled with -fPIC and it is relocated dynamically at
  22  * run time, but no relocation processing is performed. This means that
  23  * it is not safe to place pointers in static structures.
  24  */
  25
  26 /* Macros used by the included decompressor code below. */
  27 #define STATIC          static
  28
  29 /*
  30  * Use normal definitions of mem*() from string.c. There are already
  31  * included header files which expect a definition of memset() and by
  32  * the time we define memset macro, it is too late.
  33  */
  34 #undef memcpy
  35 #undef memset
  36 #define memzero(s, n)   memset((s), 0, (n))
  37 #define memmove         memmove
  38
  39 /* Functions used by the included decompressor code below. */
  40 void *memmove(void *dest, const void *src, size_t n);
  41
  42 /*
  43  * This is set up by the setup-routine at boot-time
  44  */
  45 struct boot_params *boot_params;
  46
  47 memptr free_mem_ptr;
  48 memptr free_mem_end_ptr;
  49
  50 static char *vidmem;
  51 static int vidport;
  52 static int lines, cols;
  53
  54 #ifdef CONFIG_KERNEL_GZIP
  55 #include "../../../../lib/decompress_inflate.c"
  56 #endif
  57
  58 #ifdef CONFIG_KERNEL_BZIP2
  59 #include "../../../../lib/decompress_bunzip2.c"
  60 #endif
  61
  62 #ifdef CONFIG_KERNEL_LZMA
  63 #include "../../../../lib/decompress_unlzma.c"
  64 #endif
  65
  66 #ifdef CONFIG_KERNEL_XZ
  67 #include "../../../../lib/decompress_unxz.c"
  68 #endif
  69
  70 #ifdef CONFIG_KERNEL_LZO
  71 #include "../../../../lib/decompress_unlzo.c"
  72 #endif
  73
  74 #ifdef CONFIG_KERNEL_LZ4
  75 #include "../../../../lib/decompress_unlz4.c"
  76 #endif
  77 /*
  78  * NOTE: When adding a new decompressor, please update the analysis in
  79  * ../header.S.
  80  */
  81
  82 static void scroll(void)
  83 {
  84         int i;
  85
  86         memmove(vidmem, vidmem + cols * 2, (lines - 1) * cols * 2);
  87         for (i = (lines - 1) * cols * 2; i < lines * cols * 2; i += 2)
  88                 vidmem[i] = ' ';
  89 }
  90
  91 #define XMTRDY          0x20
  92
  93 #define TXR             0       /*  Transmit register (WRITE) */
  94 #define LSR             5       /*  Line Status               */
  95 static void serial_putchar(int ch)
  96 {
  97         unsigned timeout = 0xffff;
  98
  99         while ((inb(early_serial_base + LSR) & XMTRDY) == 0 && --timeout)
 100                 cpu_relax();
 101
 102         outb(ch, early_serial_base + TXR);
 103 }
 104
 105 void __putstr(const char *s)
 106 {
 107         int x, y, pos;
 108         char c;
 109
 110         if (early_serial_base) {
 111                 const char *str = s;
 112                 while (*str) {
 113                         if (*str == '\n')
 114                                 serial_putchar('\r');
 115                         serial_putchar(*str++);
 116                 }
 117         }
 118
 119         if (lines == 0 || cols == 0)
 120                 return;
 121
 122         x = boot_params->screen_info.orig_x;
 123         y = boot_params->screen_info.orig_y;
 124
 125         while ((c = *s++) != '\0') {
 126                 if (c == '\n') {
 127                         x = 0;
 128                         if (++y >= lines) {
 129                                 scroll();
 130                                 y--;
 131                         }
 132                 } else {
 133                         vidmem[(x + cols * y) * 2] = c;
 134                         if (++x >= cols) {
 135                                 x = 0;
 136                                 if (++y >= lines) {
 137                                         scroll();
 138                                         y--;
 139                                 }
 140                         }
 141                 }
 142         }
 143
 144         boot_params->screen_info.orig_x = x;
 145         boot_params->screen_info.orig_y = y;
 146
 147         pos = (x + cols * y) * 2;       /* Update cursor position */
 148         outb(14, vidport);
 149         outb(0xff & (pos >> 9), vidport+1);
 150         outb(15, vidport);
 151         outb(0xff & (pos >> 1), vidport+1);
 152 }
 153
 154 void __puthex(unsigned long value)
 155 {
 156         char alpha[2] = "0";
 157         int bits;
 158
 159         for (bits = sizeof(value) * 8 - 4; bits >= 0; bits -= 4) {
 160                 unsigned long digit = (value >> bits) & 0xf;
 161
 162                 if (digit < 0xA)
 163                         alpha[0] = '0' + digit;
 164                 else
 165                         alpha[0] = 'a' + (digit - 0xA);
 166
 167                 __putstr(alpha);
 168         }
 169 }
 170
 171 #if CONFIG_X86_NEED_RELOCS
 172 static void handle_relocations(void *output, unsigned long output_len,
 173                                unsigned long virt_addr)
 174 {
 175         int *reloc;
 176         unsigned long delta, map, ptr;
 177         unsigned long min_addr = (unsigned long)output;
 178         unsigned long max_addr = min_addr + (VO___bss_start - VO__text);
 179
 180         /*
 181          * Calculate the delta between where vmlinux was linked to load
 182          * and where it was actually loaded.
 183          */
 184         delta = min_addr - LOAD_PHYSICAL_ADDR;
 185
 186         /*
 187          * The kernel contains a table of relocation addresses. Those
 188          * addresses have the final load address of the kernel in virtual
 189          * memory. We are currently working in the self map. So we need to
 190          * create an adjustment for kernel memory addresses to the self map.
 191          * This will involve subtracting out the base address of the kernel.
 192          */
 193         map = delta - __START_KERNEL_map;
 194
 195         /*
 196          * 32-bit always performs relocations. 64-bit relocations are only
 197          * needed if KASLR has chosen a different starting address offset
 198          * from __START_KERNEL_map.
 199          */
 200         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_64))
 201                 delta = virt_addr - LOAD_PHYSICAL_ADDR;
 202
 203         if (!delta) {
 204                 debug_putstr("No relocation needed... ");
 205                 return;
 206         }
 207         debug_putstr("Performing relocations... ");
 208
 209         /*
 210          * Process relocations: 32 bit relocations first then 64 bit after.
 211          * Three sets of binary relocations are added to the end of the kernel
 212          * before compression. Each relocation table entry is the kernel
 213          * address of the location which needs to be updated stored as a
 214          * 32-bit value which is sign extended to 64 bits.
 215          *
 216          * Format is:
 217          *
 218          * kernel bits...
 219          * 0 - zero terminator for 64 bit relocations
 220          * 64 bit relocation repeated
 221          * 0 - zero terminator for inverse 32 bit relocations
 222          * 32 bit inverse relocation repeated
 223          * 0 - zero terminator for 32 bit relocations
 224          * 32 bit relocation repeated
 225          *
 226          * So we work backwards from the end of the decompressed image.
 227          */
 228         for (reloc = output + output_len - sizeof(*reloc); *reloc; reloc--) {
 229                 long extended = *reloc;
 230                 extended += map;
 231
 232                 ptr = (unsigned long)extended;
 233                 if (ptr < min_addr || ptr > max_addr)
 234                         error("32-bit relocation outside of kernel!\n");
 235
 236                 *(uint32_t *)ptr += delta;
 237         }
 238 #ifdef CONFIG_X86_64
 239         while (*--reloc) {
 240                 long extended = *reloc;
 241                 extended += map;
 242
 243                 ptr = (unsigned long)extended;
 244                 if (ptr < min_addr || ptr > max_addr)
 245                         error("inverse 32-bit relocation outside of kernel!\n");
 246
 247                 *(int32_t *)ptr -= delta;
 248         }
 249         for (reloc--; *reloc; reloc--) {
 250                 long extended = *reloc;
 251                 extended += map;
 252
 253                 ptr = (unsigned long)extended;
 254                 if (ptr < min_addr || ptr > max_addr)
 255                         error("64-bit relocation outside of kernel!\n");
 256
 257                 *(uint64_t *)ptr += delta;
 258         }
 259 #endif
 260 }
 261 #else
 262 static inline void handle_relocations(void *output, unsigned long output_len,
 263                                       unsigned long virt_addr)
 264 { }
 265 #endif
 266
 267 static void parse_elf(void *output)
 268 {
 269 #ifdef CONFIG_X86_64
 270         Elf64_Ehdr ehdr;
 271         Elf64_Phdr *phdrs, *phdr;
 272 #else
 273         Elf32_Ehdr ehdr;
 274         Elf32_Phdr *phdrs, *phdr;
 275 #endif
 276         void *dest;
 277         int i;
 278
 279         memcpy(&ehdr, output, sizeof(ehdr));
 280         if (ehdr.e_ident[EI_MAG0] != ELFMAG0 ||
 281            ehdr.e_ident[EI_MAG1] != ELFMAG1 ||
 282            ehdr.e_ident[EI_MAG2] != ELFMAG2 ||
 283            ehdr.e_ident[EI_MAG3] != ELFMAG3) {
 284                 error("Kernel is not a valid ELF file");
 285                 return;
 286         }
 287
 288         debug_putstr("Parsing ELF... ");
 289
 290         phdrs = malloc(sizeof(*phdrs) * ehdr.e_phnum);
 291         if (!phdrs)
 292                 error("Failed to allocate space for phdrs");
 293
 294         memcpy(phdrs, output + ehdr.e_phoff, sizeof(*phdrs) * ehdr.e_phnum);
 295
 296         for (i = 0; i < ehdr.e_phnum; i++) {
 297                 phdr = &phdrs[i];
 298
 299                 switch (phdr->p_type) {
 300                 case PT_LOAD:
 301 #ifdef CONFIG_RELOCATABLE
 302                         dest = output;
 303                         dest += (phdr->p_paddr - LOAD_PHYSICAL_ADDR);
 304 #else
 305                         dest = (void *)(phdr->p_paddr);
 306 #endif
 307                         memmove(dest, output + phdr->p_offset, phdr->p_filesz);
 308                         break;
 309                 default: /* Ignore other PT_* */ break;
 310                 }
 311         }
 312
 313         free(phdrs);
 314 }
 315
 316 /*
 317  * The compressed kernel image (ZO), has been moved so that its position
 318  * is against the end of the buffer used to hold the uncompressed kernel
 319  * image (VO) and the execution environment (.bss, .brk), which makes sure
 320  * there is room to do the in-place decompression. (See header.S for the
 321  * calculations.)
 322  *
 323  *                             |-----compressed kernel image------|
 324  *                             V                                  V
 325  * 0                       extract_offset                      +INIT_SIZE
 326  * |-----------|---------------|-------------------------|--------|
 327  *             |               |                         |        |
 328  *           VO__text      startup_32 of ZO          VO__end    ZO__end
 329  *             ^                                         ^
 330  *             |-------uncompressed kernel image---------|
 331  *
 332  */
 333 asmlinkage __visible void *extract_kernel(void *rmode, memptr heap,
 334                                   unsigned char *input_data,
 335                                   unsigned long input_len,
 336                                   unsigned char *output,
 337                                   unsigned long output_len)
 338 {
 339         const unsigned long kernel_total_size = VO__end - VO__text;
 340         unsigned long virt_addr = LOAD_PHYSICAL_ADDR;
 341
 342         /* Retain x86 boot parameters pointer passed from startup_32/64. */
 343         boot_params = rmode;
 344
 345         /* Clear flags intended for solely in-kernel use. */
 346         boot_params->hdr.loadflags &= ~KASLR_FLAG;
 347
 348         sanitize_boot_params(boot_params);
 349
 350         if (boot_params->screen_info.orig_video_mode == 7) {
 351                 vidmem = (char *) 0xb0000;
 352                 vidport = 0x3b4;
 353         } else {
 354                 vidmem = (char *) 0xb8000;
 355                 vidport = 0x3d4;
 356         }
 357
 358         lines = boot_params->screen_info.orig_video_lines;
 359         cols = boot_params->screen_info.orig_video_cols;
 360
 361         console_init();
 362         debug_putstr("early console in extract_kernel\n");
 363
 364         free_mem_ptr     = heap;        /* Heap */
 365         free_mem_end_ptr = heap + BOOT_HEAP_SIZE;
 366
 367         /* Report initial kernel position details. */
 368         debug_putaddr(input_data);
 369         debug_putaddr(input_len);
 370         debug_putaddr(output);
 371         debug_putaddr(output_len);
 372         debug_putaddr(kernel_total_size);
 373
 374         /*
 375          * The memory hole needed for the kernel is the larger of either
 376          * the entire decompressed kernel plus relocation table, or the
 377          * entire decompressed kernel plus .bss and .brk sections.
 378          */
 379         choose_random_location((unsigned long)input_data, input_len,
 380                                 (unsigned long *)&output,
 381                                 max(output_len, kernel_total_size),
 382                                 &virt_addr);
 383
 384         /* Validate memory location choices. */
 385         if ((unsigned long)output & (MIN_KERNEL_ALIGN - 1))
 386                 error("Destination physical address inappropriately aligned");
 387         if (virt_addr & (MIN_KERNEL_ALIGN - 1))
 388                 error("Destination virtual address inappropriately aligned");
 389 #ifdef CONFIG_X86_64
 390         if (heap > 0x3fffffffffffUL)
 391                 error("Destination address too large");
 392         if (virt_addr + max(output_len, kernel_total_size) > KERNEL_IMAGE_SIZE)
 393                 error("Destination virtual address is beyond the kernel mapping area");
 394 #else
 395         if (heap > ((-__PAGE_OFFSET-(128<<20)-1) & 0x7fffffff))
 396                 error("Destination address too large");
 397 #endif
 398 #ifndef CONFIG_RELOCATABLE
 399         if ((unsigned long)output != LOAD_PHYSICAL_ADDR)
 400                 error("Destination address does not match LOAD_PHYSICAL_ADDR");
 401         if (virt_addr != LOAD_PHYSICAL_ADDR)
 402                 error("Destination virtual address changed when not relocatable");
 403 #endif
 404
 405         debug_putstr("\nDecompressing Linux... ");
 406         __decompress(input_data, input_len, NULL, NULL, output, output_len,
 407                         NULL, error);
 408         parse_elf(output);
 409         handle_relocations(output, output_len, virt_addr);
 410         debug_putstr("done.\nBooting the kernel.\n");
 411         return output;
 412 }
 413
 414 void fortify_panic(const char *name)
 415 {
 416         error("detected buffer overflow");
 417 }