tools/testing/selftests/x86/entry_from_vm86.c

   1 /*
   2  * entry_from_vm86.c - tests kernel entries from vm86 mode
   3  * Copyright (c) 2014-2015 Andrew Lutomirski
   4  *
   5  * This exercises a few paths that need to special-case vm86 mode.
   6  *
   7  * GPL v2.
   8  */
   9
  10 #define _GNU_SOURCE
  11
  12 #include <assert.h>
  13 #include <stdlib.h>
  14 #include <sys/syscall.h>
  15 #include <sys/signal.h>
  16 #include <sys/ucontext.h>
  17 #include <unistd.h>
  18 #include <stdio.h>
  19 #include <string.h>
  20 #include <inttypes.h>
  21 #include <sys/mman.h>
  22 #include <err.h>
  23 #include <stddef.h>
  24 #include <stdbool.h>
  25 #include <errno.h>
  26 #include <sys/vm86.h>
  27
  28 static unsigned long load_addr = 0x10000;
  29 static int nerrs = 0;
  30
  31 static void sethandler(int sig, void (*handler)(int, siginfo_t *, void *),
  32                        int flags)
  33 {
  34         struct sigaction sa;
  35         memset(&sa, 0, sizeof(sa));
  36         sa.sa_sigaction = handler;
  37         sa.sa_flags = SA_SIGINFO | flags;
  38         sigemptyset(&sa.sa_mask);
  39         if (sigaction(sig, &sa, 0))
  40                 err(1, "sigaction");
  41 }
  42
  43 static void clearhandler(int sig)
  44 {
  45         struct sigaction sa;
  46         memset(&sa, 0, sizeof(sa));
  47         sa.sa_handler = SIG_DFL;
  48         sigemptyset(&sa.sa_mask);
  49         if (sigaction(sig, &sa, 0))
  50                 err(1, "sigaction");
  51 }
  52
  53 static sig_atomic_t got_signal;
  54
  55 static void sighandler(int sig, siginfo_t *info, void *ctx_void)
  56 {
  57         ucontext_t *ctx = (ucontext_t*)ctx_void;
  58
  59         if (ctx->uc_mcontext.gregs[REG_EFL] & X86_EFLAGS_VM ||
  60             (ctx->uc_mcontext.gregs[REG_CS] & 3) != 3) {
  61                 printf("[FAIL]\tSignal frame should not reflect vm86 mode\n");
  62                 nerrs++;
  63         }
  64
  65         const char *signame;
  66         if (sig == SIGSEGV)
  67                 signame = "SIGSEGV";
  68         else if (sig == SIGILL)
  69                 signame = "SIGILL";
  70         else
  71                 signame = "unexpected signal";
  72
  73         printf("[INFO]\t%s: FLAGS = 0x%lx, CS = 0x%hx\n", signame,
  74                (unsigned long)ctx->uc_mcontext.gregs[REG_EFL],
  75                (unsigned short)ctx->uc_mcontext.gregs[REG_CS]);
  76
  77         got_signal = 1;
  78 }
  79
  80 asm (
  81         ".pushsection .rodata\n\t"
  82         ".type vmcode_bound, @object\n\t"
  83         "vmcode:\n\t"
  84         "vmcode_bound:\n\t"
  85         ".code16\n\t"
  86         "bound %ax, (2048)\n\t"
  87         "int3\n\t"
  88         "vmcode_sysenter:\n\t"
  89         "sysenter\n\t"
  90         "vmcode_syscall:\n\t"
  91         "syscall\n\t"
  92         "vmcode_sti:\n\t"
  93         "sti\n\t"
  94         "vmcode_int3:\n\t"
  95         "int3\n\t"
  96         "vmcode_int80:\n\t"
  97         "int $0x80\n\t"
  98         ".size vmcode, . - vmcode\n\t"
  99         "end_vmcode:\n\t"
 100         ".code32\n\t"
 101         ".popsection"
 102         );
 103
 104 extern unsigned char vmcode[], end_vmcode[];
 105 extern unsigned char vmcode_bound[], vmcode_sysenter[], vmcode_syscall[],
 106         vmcode_sti[], vmcode_int3[], vmcode_int80[];
 107
 108 /* Returns false if the test was skipped. */
 109 static bool do_test(struct vm86plus_struct *v86, unsigned long eip,
 110                     unsigned int rettype, unsigned int retarg,
 111                     const char *text)
 112 {
 113         long ret;
 114
 115         printf("[RUN]\t%s from vm86 mode\n", text);
 116         v86->regs.eip = eip;
 117         ret = vm86(VM86_ENTER, v86);
 118
 119         if (ret == -1 && (errno == ENOSYS || errno == EPERM)) {
 120                 printf("[SKIP]\tvm86 %s\n",
 121                        errno == ENOSYS ? "not supported" : "not allowed");
 122                 return false;
 123         }
 124
 125         if (VM86_TYPE(ret) == VM86_INTx) {
 126                 char trapname[32];
 127                 int trapno = VM86_ARG(ret);
 128                 if (trapno == 13)
 129                         strcpy(trapname, "GP");
 130                 else if (trapno == 5)
 131                         strcpy(trapname, "BR");
 132                 else if (trapno == 14)
 133                         strcpy(trapname, "PF");
 134                 else
 135                         sprintf(trapname, "%d", trapno);
 136
 137                 printf("[INFO]\tExited vm86 mode due to #%s\n", trapname);
 138         } else if (VM86_TYPE(ret) == VM86_UNKNOWN) {
 139                 printf("[INFO]\tExited vm86 mode due to unhandled GP fault\n");
 140         } else if (VM86_TYPE(ret) == VM86_TRAP) {
 141                 printf("[INFO]\tExited vm86 mode due to a trap (arg=%ld)\n",
 142                        VM86_ARG(ret));
 143         } else if (VM86_TYPE(ret) == VM86_SIGNAL) {
 144                 printf("[INFO]\tExited vm86 mode due to a signal\n");
 145         } else if (VM86_TYPE(ret) == VM86_STI) {
 146                 printf("[INFO]\tExited vm86 mode due to STI\n");
 147         } else {
 148                 printf("[INFO]\tExited vm86 mode due to type %ld, arg %ld\n",
 149                        VM86_TYPE(ret), VM86_ARG(ret));
 150         }
 151
 152         if (rettype == -1 ||
 153             (VM86_TYPE(ret) == rettype && VM86_ARG(ret) == retarg)) {
 154                 printf("[OK]\tReturned correctly\n");
 155         } else {
 156                 printf("[FAIL]\tIncorrect return reason\n");
 157                 nerrs++;
 158         }
 159
 160         return true;
 161 }
 162
 163 int main(void)
 164 {
 165         struct vm86plus_struct v86;
 166         unsigned char *addr = mmap((void *)load_addr, 4096,
 167                                    PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC,
 168                                    MAP_ANONYMOUS | MAP_PRIVATE, -1,0);
 169         if (addr != (unsigned char *)load_addr)
 170                 err(1, "mmap");
 171
 172         memcpy(addr, vmcode, end_vmcode - vmcode);
 173         addr[2048] = 2;
 174         addr[2050] = 3;
 175
 176         memset(&v86, 0, sizeof(v86));
 177
 178         v86.regs.cs = load_addr / 16;
 179         v86.regs.ss = load_addr / 16;
 180         v86.regs.ds = load_addr / 16;
 181         v86.regs.es = load_addr / 16;
 182
 183         assert((v86.regs.cs & 3) == 0); /* Looks like RPL = 0 */
 184
 185         /* #BR -- should deliver SIG??? */
 186         do_test(&v86, vmcode_bound - vmcode, VM86_INTx, 5, "#BR");
 187
 188         /*
 189          * SYSENTER -- should cause #GP or #UD depending on CPU.
 190          * Expected return type -1 means that we shouldn't validate
 191          * the vm86 return value.  This will avoid problems on non-SEP
 192          * CPUs.
 193          */
 194         sethandler(SIGILL, sighandler, 0);
 195         do_test(&v86, vmcode_sysenter - vmcode, -1, 0, "SYSENTER");
 196         clearhandler(SIGILL);
 197
 198         /*
 199          * SYSCALL would be a disaster in VM86 mode.  Fortunately,
 200          * there is no kernel that both enables SYSCALL and sets
 201          * EFER.SCE, so it's #UD on all systems.  But vm86 is
 202          * buggy (or has a "feature"), so the SIGILL will actually
 203          * be delivered.
 204          */
 205         sethandler(SIGILL, sighandler, 0);
 206         do_test(&v86, vmcode_syscall - vmcode, VM86_SIGNAL, 0, "SYSCALL");
 207         clearhandler(SIGILL);
 208
 209         /* STI with VIP set */
 210         v86.regs.eflags |= X86_EFLAGS_VIP;
 211         v86.regs.eflags &= ~X86_EFLAGS_IF;
 212         do_test(&v86, vmcode_sti - vmcode, VM86_STI, 0, "STI with VIP set");
 213
 214         /* INT3 -- should cause #BP */
 215         do_test(&v86, vmcode_int3 - vmcode, VM86_TRAP, 3, "INT3");
 216
 217         /* INT80 -- should exit with "INTx 0x80" */
 218         v86.regs.eax = (unsigned int)-1;
 219         do_test(&v86, vmcode_int80 - vmcode, VM86_INTx, 0x80, "int80");
 220
 221         /* Execute a null pointer */
 222         v86.regs.cs = 0;
 223         v86.regs.ss = 0;
 224         sethandler(SIGSEGV, sighandler, 0);
 225         got_signal = 0;
 226         if (do_test(&v86, 0, VM86_SIGNAL, 0, "Execute null pointer") &&
 227             !got_signal) {
 228                 printf("[FAIL]\tDid not receive SIGSEGV\n");
 229                 nerrs++;
 230         }
 231         clearhandler(SIGSEGV);
 232
 233         return (nerrs == 0 ? 0 : 1);
 234 }