]> git.baikalelectronics.ru Git - kernel.git/commitdiff
init: kmsan: call KMSAN initialization routines
authorAlexander Potapenko <glider@google.com>
Thu, 15 Sep 2022 15:03:51 +0000 (17:03 +0200)
committerAndrew Morton <akpm@linux-foundation.org>
Mon, 3 Oct 2022 21:03:21 +0000 (14:03 -0700)
kmsan_init_shadow() scans the mappings created at boot time and creates
metadata pages for those mappings.

When the memblock allocator returns pages to pagealloc, we reserve 2/3 of
those pages and use them as metadata for the remaining 1/3.  Once KMSAN
starts, every page allocated by pagealloc has its associated shadow and
origin pages.

kmsan_initialize() initializes the bookkeeping for init_task and enables
KMSAN.

Link: https://lkml.kernel.org/r/20220915150417.722975-18-glider@google.com
Signed-off-by: Alexander Potapenko <glider@google.com>
Cc: Alexander Viro <viro@zeniv.linux.org.uk>
Cc: Alexei Starovoitov <ast@kernel.org>
Cc: Andrey Konovalov <andreyknvl@gmail.com>
Cc: Andrey Konovalov <andreyknvl@google.com>
Cc: Andy Lutomirski <luto@kernel.org>
Cc: Arnd Bergmann <arnd@arndb.de>
Cc: Borislav Petkov <bp@alien8.de>
Cc: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Cc: Christoph Lameter <cl@linux.com>
Cc: David Rientjes <rientjes@google.com>
Cc: Dmitry Vyukov <dvyukov@google.com>
Cc: Eric Biggers <ebiggers@google.com>
Cc: Eric Biggers <ebiggers@kernel.org>
Cc: Eric Dumazet <edumazet@google.com>
Cc: Greg Kroah-Hartman <gregkh@linuxfoundation.org>
Cc: Herbert Xu <herbert@gondor.apana.org.au>
Cc: Ilya Leoshkevich <iii@linux.ibm.com>
Cc: Ingo Molnar <mingo@redhat.com>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Joonsoo Kim <iamjoonsoo.kim@lge.com>
Cc: Kees Cook <keescook@chromium.org>
Cc: Marco Elver <elver@google.com>
Cc: Mark Rutland <mark.rutland@arm.com>
Cc: Matthew Wilcox <willy@infradead.org>
Cc: Michael S. Tsirkin <mst@redhat.com>
Cc: Pekka Enberg <penberg@kernel.org>
Cc: Peter Zijlstra <peterz@infradead.org>
Cc: Petr Mladek <pmladek@suse.com>
Cc: Stephen Rothwell <sfr@canb.auug.org.au>
Cc: Steven Rostedt <rostedt@goodmis.org>
Cc: Thomas Gleixner <tglx@linutronix.de>
Cc: Vasily Gorbik <gor@linux.ibm.com>
Cc: Vegard Nossum <vegard.nossum@oracle.com>
Cc: Vlastimil Babka <vbabka@suse.cz>
Signed-off-by: Andrew Morton <akpm@linux-foundation.org>
include/linux/kmsan.h
init/main.c
mm/kmsan/Makefile
mm/kmsan/init.c [new file with mode: 0644]
mm/kmsan/kmsan.h
mm/kmsan/shadow.c
mm/page_alloc.c

index 354aee6f7b1a250be00c321341ed3bf7438599e3..e00de976ee4387245f01eb36bcb01a3bb4d8734f 100644 (file)
@@ -31,6 +31,28 @@ void kmsan_task_create(struct task_struct *task);
  */
 void kmsan_task_exit(struct task_struct *task);
 
+/**
+ * kmsan_init_shadow() - Initialize KMSAN shadow at boot time.
+ *
+ * Allocate and initialize KMSAN metadata for early allocations.
+ */
+void __init kmsan_init_shadow(void);
+
+/**
+ * kmsan_init_runtime() - Initialize KMSAN state and enable KMSAN.
+ */
+void __init kmsan_init_runtime(void);
+
+/**
+ * kmsan_memblock_free_pages() - handle freeing of memblock pages.
+ * @page:      struct page to free.
+ * @order:     order of @page.
+ *
+ * Freed pages are either returned to buddy allocator or held back to be used
+ * as metadata pages.
+ */
+bool __init kmsan_memblock_free_pages(struct page *page, unsigned int order);
+
 /**
  * kmsan_alloc_page() - Notify KMSAN about an alloc_pages() call.
  * @page:  struct page pointer returned by alloc_pages().
@@ -152,6 +174,20 @@ void kmsan_iounmap_page_range(unsigned long start, unsigned long end);
 
 #else
 
+static inline void kmsan_init_shadow(void)
+{
+}
+
+static inline void kmsan_init_runtime(void)
+{
+}
+
+static inline bool kmsan_memblock_free_pages(struct page *page,
+                                            unsigned int order)
+{
+       return true;
+}
+
 static inline void kmsan_task_create(struct task_struct *task)
 {
 }
index eebe0cad4e3786327fd0bb0c36d21f1a8e70388f..93b000f2de8d7595a271de533b03e7587d9702de 100644 (file)
@@ -34,6 +34,7 @@
 #include <linux/percpu.h>
 #include <linux/kmod.h>
 #include <linux/kprobes.h>
+#include <linux/kmsan.h>
 #include <linux/vmalloc.h>
 #include <linux/kernel_stat.h>
 #include <linux/start_kernel.h>
@@ -837,6 +838,7 @@ static void __init mm_init(void)
        init_mem_debugging_and_hardening();
        kfence_alloc_pool();
        report_meminit();
+       kmsan_init_shadow();
        stack_depot_early_init();
        mem_init();
        mem_init_print_info();
@@ -857,6 +859,7 @@ static void __init mm_init(void)
        init_espfix_bsp();
        /* Should be run after espfix64 is set up. */
        pti_init();
+       kmsan_init_runtime();
 }
 
 #ifdef CONFIG_RANDOMIZE_KSTACK_OFFSET
index 550ad8625e4f97da4e0386ba188926f0e8e47d72..401acb1a491ce809fead6faa0b1b58c334f9f6a2 100644 (file)
@@ -3,7 +3,7 @@
 # Makefile for KernelMemorySanitizer (KMSAN).
 #
 #
-obj-y := core.o instrumentation.o hooks.o report.o shadow.o
+obj-y := core.o instrumentation.o init.o hooks.o report.o shadow.o
 
 KMSAN_SANITIZE := n
 KCOV_INSTRUMENT := n
@@ -18,6 +18,7 @@ CFLAGS_REMOVE.o = $(CC_FLAGS_FTRACE)
 
 CFLAGS_core.o := $(CC_FLAGS_KMSAN_RUNTIME)
 CFLAGS_hooks.o := $(CC_FLAGS_KMSAN_RUNTIME)
+CFLAGS_init.o := $(CC_FLAGS_KMSAN_RUNTIME)
 CFLAGS_instrumentation.o := $(CC_FLAGS_KMSAN_RUNTIME)
 CFLAGS_report.o := $(CC_FLAGS_KMSAN_RUNTIME)
 CFLAGS_shadow.o := $(CC_FLAGS_KMSAN_RUNTIME)
diff --git a/mm/kmsan/init.c b/mm/kmsan/init.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..7fb7942
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,235 @@
+// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
+/*
+ * KMSAN initialization routines.
+ *
+ * Copyright (C) 2017-2021 Google LLC
+ * Author: Alexander Potapenko <glider@google.com>
+ *
+ */
+
+#include "kmsan.h"
+
+#include <asm/sections.h>
+#include <linux/mm.h>
+#include <linux/memblock.h>
+
+#include "../internal.h"
+
+#define NUM_FUTURE_RANGES 128
+struct start_end_pair {
+       u64 start, end;
+};
+
+static struct start_end_pair start_end_pairs[NUM_FUTURE_RANGES] __initdata;
+static int future_index __initdata;
+
+/*
+ * Record a range of memory for which the metadata pages will be created once
+ * the page allocator becomes available.
+ */
+static void __init kmsan_record_future_shadow_range(void *start, void *end)
+{
+       u64 nstart = (u64)start, nend = (u64)end, cstart, cend;
+       bool merged = false;
+
+       KMSAN_WARN_ON(future_index == NUM_FUTURE_RANGES);
+       KMSAN_WARN_ON((nstart >= nend) || !nstart || !nend);
+       nstart = ALIGN_DOWN(nstart, PAGE_SIZE);
+       nend = ALIGN(nend, PAGE_SIZE);
+
+       /*
+        * Scan the existing ranges to see if any of them overlaps with
+        * [start, end). In that case, merge the two ranges instead of
+        * creating a new one.
+        * The number of ranges is less than 20, so there is no need to organize
+        * them into a more intelligent data structure.
+        */
+       for (int i = 0; i < future_index; i++) {
+               cstart = start_end_pairs[i].start;
+               cend = start_end_pairs[i].end;
+               if ((cstart < nstart && cend < nstart) ||
+                   (cstart > nend && cend > nend))
+                       /* ranges are disjoint - do not merge */
+                       continue;
+               start_end_pairs[i].start = min(nstart, cstart);
+               start_end_pairs[i].end = max(nend, cend);
+               merged = true;
+               break;
+       }
+       if (merged)
+               return;
+       start_end_pairs[future_index].start = nstart;
+       start_end_pairs[future_index].end = nend;
+       future_index++;
+}
+
+/*
+ * Initialize the shadow for existing mappings during kernel initialization.
+ * These include kernel text/data sections, NODE_DATA and future ranges
+ * registered while creating other data (e.g. percpu).
+ *
+ * Allocations via memblock can be only done before slab is initialized.
+ */
+void __init kmsan_init_shadow(void)
+{
+       const size_t nd_size = roundup(sizeof(pg_data_t), PAGE_SIZE);
+       phys_addr_t p_start, p_end;
+       u64 loop;
+       int nid;
+
+       for_each_reserved_mem_range(loop, &p_start, &p_end)
+               kmsan_record_future_shadow_range(phys_to_virt(p_start),
+                                                phys_to_virt(p_end));
+       /* Allocate shadow for .data */
+       kmsan_record_future_shadow_range(_sdata, _edata);
+
+       for_each_online_node(nid)
+               kmsan_record_future_shadow_range(
+                       NODE_DATA(nid), (char *)NODE_DATA(nid) + nd_size);
+
+       for (int i = 0; i < future_index; i++)
+               kmsan_init_alloc_meta_for_range(
+                       (void *)start_end_pairs[i].start,
+                       (void *)start_end_pairs[i].end);
+}
+
+struct metadata_page_pair {
+       struct page *shadow, *origin;
+};
+static struct metadata_page_pair held_back[MAX_ORDER] __initdata;
+
+/*
+ * Eager metadata allocation. When the memblock allocator is freeing pages to
+ * pagealloc, we use 2/3 of them as metadata for the remaining 1/3.
+ * We store the pointers to the returned blocks of pages in held_back[] grouped
+ * by their order: when kmsan_memblock_free_pages() is called for the first
+ * time with a certain order, it is reserved as a shadow block, for the second
+ * time - as an origin block. On the third time the incoming block receives its
+ * shadow and origin ranges from the previously saved shadow and origin blocks,
+ * after which held_back[order] can be used again.
+ *
+ * At the very end there may be leftover blocks in held_back[]. They are
+ * collected later by kmsan_memblock_discard().
+ */
+bool kmsan_memblock_free_pages(struct page *page, unsigned int order)
+{
+       struct page *shadow, *origin;
+
+       if (!held_back[order].shadow) {
+               held_back[order].shadow = page;
+               return false;
+       }
+       if (!held_back[order].origin) {
+               held_back[order].origin = page;
+               return false;
+       }
+       shadow = held_back[order].shadow;
+       origin = held_back[order].origin;
+       kmsan_setup_meta(page, shadow, origin, order);
+
+       held_back[order].shadow = NULL;
+       held_back[order].origin = NULL;
+       return true;
+}
+
+#define MAX_BLOCKS 8
+struct smallstack {
+       struct page *items[MAX_BLOCKS];
+       int index;
+       int order;
+};
+
+static struct smallstack collect = {
+       .index = 0,
+       .order = MAX_ORDER,
+};
+
+static void smallstack_push(struct smallstack *stack, struct page *pages)
+{
+       KMSAN_WARN_ON(stack->index == MAX_BLOCKS);
+       stack->items[stack->index] = pages;
+       stack->index++;
+}
+#undef MAX_BLOCKS
+
+static struct page *smallstack_pop(struct smallstack *stack)
+{
+       struct page *ret;
+
+       KMSAN_WARN_ON(stack->index == 0);
+       stack->index--;
+       ret = stack->items[stack->index];
+       stack->items[stack->index] = NULL;
+       return ret;
+}
+
+static void do_collection(void)
+{
+       struct page *page, *shadow, *origin;
+
+       while (collect.index >= 3) {
+               page = smallstack_pop(&collect);
+               shadow = smallstack_pop(&collect);
+               origin = smallstack_pop(&collect);
+               kmsan_setup_meta(page, shadow, origin, collect.order);
+               __free_pages_core(page, collect.order);
+       }
+}
+
+static void collect_split(void)
+{
+       struct smallstack tmp = {
+               .order = collect.order - 1,
+               .index = 0,
+       };
+       struct page *page;
+
+       if (!collect.order)
+               return;
+       while (collect.index) {
+               page = smallstack_pop(&collect);
+               smallstack_push(&tmp, &page[0]);
+               smallstack_push(&tmp, &page[1 << tmp.order]);
+       }
+       __memcpy(&collect, &tmp, sizeof(tmp));
+}
+
+/*
+ * Memblock is about to go away. Split the page blocks left over in held_back[]
+ * and return 1/3 of that memory to the system.
+ */
+static void kmsan_memblock_discard(void)
+{
+       /*
+        * For each order=N:
+        *  - push held_back[N].shadow and .origin to @collect;
+        *  - while there are >= 3 elements in @collect, do garbage collection:
+        *    - pop 3 ranges from @collect;
+        *    - use two of them as shadow and origin for the third one;
+        *    - repeat;
+        *  - split each remaining element from @collect into 2 ranges of
+        *    order=N-1,
+        *  - repeat.
+        */
+       collect.order = MAX_ORDER - 1;
+       for (int i = MAX_ORDER - 1; i >= 0; i--) {
+               if (held_back[i].shadow)
+                       smallstack_push(&collect, held_back[i].shadow);
+               if (held_back[i].origin)
+                       smallstack_push(&collect, held_back[i].origin);
+               held_back[i].shadow = NULL;
+               held_back[i].origin = NULL;
+               do_collection();
+               collect_split();
+       }
+}
+
+void __init kmsan_init_runtime(void)
+{
+       /* Assuming current is init_task */
+       kmsan_internal_task_create(current);
+       kmsan_memblock_discard();
+       pr_info("Starting KernelMemorySanitizer\n");
+       pr_info("ATTENTION: KMSAN is a debugging tool! Do not use it on production machines!\n");
+       kmsan_enabled = true;
+}
index 77ee068c04ae91165cc275f2ec7365b445ec7517..7019c46d33a745be541f78d7e270cc769677eafe 100644 (file)
@@ -67,6 +67,7 @@ struct shadow_origin_ptr {
 struct shadow_origin_ptr kmsan_get_shadow_origin_ptr(void *addr, u64 size,
                                                     bool store);
 void *kmsan_get_metadata(void *addr, bool is_origin);
+void __init kmsan_init_alloc_meta_for_range(void *start, void *end);
 
 enum kmsan_bug_reason {
        REASON_ANY,
@@ -187,6 +188,8 @@ void kmsan_internal_check_memory(void *addr, size_t size, const void *user_addr,
                                 int reason);
 
 struct page *kmsan_vmalloc_to_page_or_null(void *vaddr);
+void kmsan_setup_meta(struct page *page, struct page *shadow,
+                     struct page *origin, int order);
 
 /*
  * kmsan_internal_is_module_addr() and kmsan_internal_is_vmalloc_addr() are
index 8c81a059beea6453a85fb9ca60723ab3b3f37486..6e90a806a70455809b8d489db0643c70cd98f500 100644 (file)
@@ -258,3 +258,37 @@ ret:
        kfree(s_pages);
        kfree(o_pages);
 }
+
+/* Allocate metadata for pages allocated at boot time. */
+void __init kmsan_init_alloc_meta_for_range(void *start, void *end)
+{
+       struct page *shadow_p, *origin_p;
+       void *shadow, *origin;
+       struct page *page;
+       u64 size;
+
+       start = (void *)ALIGN_DOWN((u64)start, PAGE_SIZE);
+       size = ALIGN((u64)end - (u64)start, PAGE_SIZE);
+       shadow = memblock_alloc(size, PAGE_SIZE);
+       origin = memblock_alloc(size, PAGE_SIZE);
+       for (u64 addr = 0; addr < size; addr += PAGE_SIZE) {
+               page = virt_to_page_or_null((char *)start + addr);
+               shadow_p = virt_to_page_or_null((char *)shadow + addr);
+               set_no_shadow_origin_page(shadow_p);
+               shadow_page_for(page) = shadow_p;
+               origin_p = virt_to_page_or_null((char *)origin + addr);
+               set_no_shadow_origin_page(origin_p);
+               origin_page_for(page) = origin_p;
+       }
+}
+
+void kmsan_setup_meta(struct page *page, struct page *shadow,
+                     struct page *origin, int order)
+{
+       for (int i = 0; i < (1 << order); i++) {
+               set_no_shadow_origin_page(&shadow[i]);
+               set_no_shadow_origin_page(&origin[i]);
+               shadow_page_for(&page[i]) = &shadow[i];
+               origin_page_for(&page[i]) = &origin[i];
+       }
+}
index 1db1ac74ef1422e9d6a3cbea29a0c319ed2d1aa8..118462ae680041f05493b9df811cab5470d87842 100644 (file)
@@ -1809,6 +1809,10 @@ void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
 {
        if (early_page_uninitialised(pfn))
                return;
+       if (!kmsan_memblock_free_pages(page, order)) {
+               /* KMSAN will take care of these pages. */
+               return;
+       }
        __free_pages_core(page, order);
 }