src/libelfu/modelops/layout.c

   1 #include <assert.h>
   2 #include <stdlib.h>
   3 #include <string.h>
   4 #include <libelfu/libelfu.h>
   5
   6
   7
   8 static GElf_Word shiftStuffAtAfterOffset(ElfuElf *me,
   9                                          GElf_Off offset,
  10                                          GElf_Word size)
  11 {
  12   ElfuPhdr *mp;
  13   ElfuScn *ms;
  14   /* Force a minimum alignment, just to be sure. */
  15   GElf_Word align = 64;
  16
  17   /* Find maximum alignment size by which we have to shift.
  18    * Assumes alignment sizes are always 2^x. */
  19   CIRCLEQ_FOREACH(mp, &me->phdrList, elem) {
  20     if (mp->phdr.p_offset >= offset) {
  21       if (mp->phdr.p_align > align) {
  22         align = mp->phdr.p_align;
  23       }
  24     }
  25   }
  26
  27   CIRCLEQ_FOREACH(ms, &me->orphanScnList, elemChildScn) {
  28     if (ms->shdr.sh_offset >= offset) {
  29       if (ms->shdr.sh_addralign > align) {
  30         align = ms->shdr.sh_addralign;
  31       }
  32     }
  33   }
  34
  35   size = ROUNDUP(size, align);
  36
  37   /* Shift stuff */
  38   CIRCLEQ_FOREACH(mp, &me->phdrList, elem) {
  39     if (mp->phdr.p_type != PT_LOAD) {
  40       continue;
  41     }
  42
  43     if (mp->phdr.p_offset >= offset) {
  44       mp->phdr.p_offset += size;
  45
  46       elfu_mPhdrUpdateChildOffsets(mp);
  47     }
  48   }
  49
  50   CIRCLEQ_FOREACH(ms, &me->orphanScnList, elemChildScn) {
  51     if (ms->shdr.sh_offset >= offset) {
  52       ms->shdr.sh_offset += size;
  53     }
  54   }
  55
  56   if (me->ehdr.e_phoff >= offset) {
  57     me->ehdr.e_phoff += size;
  58   }
  59
  60   if (me->ehdr.e_shoff >= offset) {
  61     me->ehdr.e_shoff += size;
  62   }
  63
  64   return size;
  65 }
  66
  67
  68
  69
  70
  71 static ElfuPhdr* appendPhdr(ElfuElf *me)
  72 {
  73   ElfuPhdr *lowestAddr;
  74   ElfuPhdr *highestAddr;
  75   ElfuPhdr *lowestOffs;
  76   ElfuPhdr *highestOffsEnd;
  77   ElfuPhdr *phdrmp;
  78   ElfuPhdr *newmp;
  79
  80   ELFU_DEBUG("Appending new PHDR\n");
  81
  82   /* See if we have enough space for more PHDRs. If not, expand
  83    * the PHDR they are in. */
  84   phdrmp = elfu_mPhdrByOffset(me, me->ehdr.e_phoff);
  85   if (!phdrmp) {
  86     /* No LOAD maps PHDRs into memory. Let re-layouter move them. */
  87   } else {
  88     GElf_Off phdr_maxsz = OFFS_END(phdrmp->phdr.p_offset, phdrmp->phdr.p_filesz);
  89     ElfuScn *firstms = CIRCLEQ_FIRST(&phdrmp->childScnList);
  90
  91     /* How much can the PHDR table expand within its LOAD segment? */
  92     if (firstms) {
  93       phdr_maxsz = MIN(firstms->shdr.sh_offset, phdr_maxsz);
  94     }
  95     phdr_maxsz -= me->ehdr.e_phoff;
  96
  97     /* If we don't have enough space, try to make some by expanding
  98      * the LOAD segment we are in. There is no other way.
  99      * Also, we can only expand if it is the first LOAD PHDR. */
 100     elfu_mPhdrLoadLowestHighest(me, &lowestAddr, &highestAddr,
 101                                 &lowestOffs, &highestOffsEnd);
 102     if (phdr_maxsz < (me->ehdr.e_phnum + 1) * me->ehdr.e_phentsize
 103         && phdrmp == lowestAddr
 104         && phdrmp == lowestOffs) {
 105       ElfuPhdr *mp;
 106       ElfuScn *ms;
 107       GElf_Word size = ROUNDUP(me->ehdr.e_phentsize, phdrmp->phdr.p_align);
 108
 109       /* Move our sections */
 110       CIRCLEQ_FOREACH(ms, &phdrmp->childScnList, elemChildScn) {
 111         if (ms->shdr.sh_offset >= me->ehdr.e_phoff) {
 112           ms->shdr.sh_offset += size;
 113         }
 114       }
 115
 116       /* Move our PHDRs */
 117       CIRCLEQ_FOREACH(mp, &phdrmp->childPhdrList, elemChildPhdr) {
 118         if (mp->phdr.p_offset > me->ehdr.e_phoff) {
 119           mp->phdr.p_offset += size;
 120         } else {
 121           mp->phdr.p_vaddr -= size;
 122           mp->phdr.p_paddr -= size;
 123         }
 124
 125         if (mp->phdr.p_type == PT_PHDR) {
 126           mp->phdr.p_filesz += me->ehdr.e_phentsize;
 127           mp->phdr.p_memsz += me->ehdr.e_phentsize;
 128         }
 129       }
 130
 131       /* Move other PHDRs and sections */
 132       assert(size <= shiftStuffAtAfterOffset(me, me->ehdr.e_phoff + 1, size));
 133
 134       /* Remap ourselves */
 135       phdrmp->phdr.p_vaddr -= size;
 136       phdrmp->phdr.p_paddr -= size;
 137       phdrmp->phdr.p_filesz += size;
 138       phdrmp->phdr.p_memsz += size;
 139     }
 140   }
 141
 142   newmp = elfu_mPhdrAlloc();
 143   assert(newmp);
 144   CIRCLEQ_INSERT_TAIL(&me->phdrList, newmp, elem);
 145
 146   return newmp;
 147 }
 148
 149
 150
 151
 152
 153 /* Finds a suitable PHDR to insert a hole into and expands it
 154  * if necessary.
 155  * Returns memory address the hole will be mapped to, or 0 if
 156  * the operation failed. */
 157 GElf_Addr elfu_mLayoutGetSpaceInPhdr(ElfuElf *me, GElf_Word size,
 158                                      GElf_Word align, int w, int x,
 159                                      ElfuPhdr **injPhdr)
 160 {
 161   ElfuPhdr *lowestAddr;
 162   ElfuPhdr *highestAddr;
 163   ElfuPhdr *lowestOffs;
 164   ElfuPhdr *highestOffsEnd;
 165   ElfuPhdr *mp;
 166
 167   assert(!(w && x));
 168
 169   /* Treat read-only data as executable.
 170    * That's what the GNU toolchain does on x86. */
 171   if (!w && !x) {
 172     x = 1;
 173   }
 174
 175   /* Find first and last LOAD PHDRs. */
 176   elfu_mPhdrLoadLowestHighest(me, &lowestAddr, &highestAddr,
 177                               &lowestOffs, &highestOffsEnd);
 178
 179   if (((w && (highestAddr->phdr.p_flags & PF_W))
 180       || (x && (highestAddr->phdr.p_flags & PF_X)))
 181       /* Merging only works if the LOAD is the last both in file and mem */
 182       && highestAddr == highestOffsEnd) {
 183     /* Need to append. */
 184     GElf_Off injOffset = OFFS_END(highestAddr->phdr.p_offset, highestAddr->phdr.p_filesz);
 185     GElf_Word injSpace = 0;
 186     GElf_Word nobitsize = highestAddr->phdr.p_memsz - highestAddr->phdr.p_filesz;
 187
 188     /* Expand NOBITS if any */
 189     if (nobitsize > 0) {
 190       GElf_Off endOff = OFFS_END(highestAddr->phdr.p_offset, highestAddr->phdr.p_filesz);
 191       GElf_Off endAddr = OFFS_END(highestAddr->phdr.p_vaddr, highestAddr->phdr.p_filesz);
 192       ElfuScn *ms;
 193
 194       ELFU_INFO("Expanding NOBITS at address 0x%x...\n", (unsigned)endAddr);
 195
 196       CIRCLEQ_FOREACH(ms, &highestAddr->childScnList, elemChildScn) {
 197         if (ms->shdr.sh_offset == endOff) {
 198           assert(ms->shdr.sh_type == SHT_NOBITS);
 199           assert(ms->shdr.sh_size == nobitsize);
 200           ms->databuf = malloc(ms->shdr.sh_size);
 201           memset(ms->databuf, '\0', ms->shdr.sh_size);
 202           if (!ms->databuf) {
 203             ELFU_WARN("mExpandNobits: Could not allocate %u bytes for NOBITS expansion. Data may be inconsistent.\n",
 204                       (unsigned)ms->shdr.sh_size);
 205             assert(0);
 206             goto ERROR;
 207           }
 208
 209           ms->shdr.sh_type = SHT_PROGBITS;
 210           ms->shdr.sh_addr = endAddr;
 211         }
 212       }
 213
 214       injSpace += shiftStuffAtAfterOffset(me, endOff, nobitsize);
 215       injSpace -= nobitsize;
 216       injOffset += nobitsize;
 217       highestAddr->phdr.p_filesz += nobitsize;
 218       assert(highestAddr->phdr.p_filesz == highestAddr->phdr.p_memsz);
 219     }
 220
 221     /* Calculate how much space we need, taking alignment into account */
 222     size += ROUNDUP(injOffset, align) - injOffset;
 223
 224     /* If there is not enough space left, create even more. */
 225     if (injSpace < size) {
 226       injSpace += shiftStuffAtAfterOffset(me, injOffset, size - injSpace);
 227     }
 228     assert(injSpace >= size);
 229
 230     /* Remap ourselves */
 231     highestAddr->phdr.p_filesz += size;
 232     highestAddr->phdr.p_memsz += size;
 233
 234     injOffset = ROUNDUP(injOffset, align);
 235
 236     if (injPhdr) {
 237       *injPhdr = highestAddr;
 238     }
 239     return highestAddr->phdr.p_vaddr + (injOffset - highestAddr->phdr.p_offset);
 240   } else if (((w && (lowestAddr->phdr.p_flags & PF_W))
 241               || (x && (lowestAddr->phdr.p_flags & PF_X)))
 242              && /* Enough space to expand downwards? */
 243              (lowestAddr->phdr.p_vaddr > 3 * lowestAddr->phdr.p_align)
 244              /* Merging only works if the LOAD is the first both in file and mem */
 245              && lowestAddr == lowestOffs) {
 246     /* Need to prepend or split up the PHDR. */
 247     GElf_Off injOffset = OFFS_END(lowestAddr->phdr.p_offset,
 248                                   lowestAddr->phdr.p_filesz);
 249     ElfuScn *ms;
 250
 251     /* Round up size to take PHDR alignment into account.
 252      * We assume that this is a multiple of the alignment asked for. */
 253     assert(lowestAddr->phdr.p_align >= align);
 254     size = ROUNDUP(size, lowestAddr->phdr.p_align);
 255
 256     /* Find first section. We assume there is at least one. */
 257     assert(!CIRCLEQ_EMPTY(&lowestAddr->childScnList));
 258     injOffset = CIRCLEQ_FIRST(&lowestAddr->childScnList)->shdr.sh_offset;
 259
 260     /* Move our sections */
 261     CIRCLEQ_FOREACH(ms, &lowestAddr->childScnList, elemChildScn) {
 262       if (ms->shdr.sh_offset >= injOffset) {
 263         ms->shdr.sh_offset += size;
 264       }
 265     }
 266
 267     /* Move our PHDRs */
 268     CIRCLEQ_FOREACH(mp, &lowestAddr->childPhdrList, elemChildPhdr) {
 269       if (mp->phdr.p_offset >= injOffset) {
 270         mp->phdr.p_offset += size;
 271       } else {
 272         mp->phdr.p_vaddr -= size;
 273         mp->phdr.p_paddr -= size;
 274       }
 275     }
 276
 277     /* Move other PHDRs and sections */
 278     assert(size <= shiftStuffAtAfterOffset(me, injOffset + 1, size));
 279
 280     /* Remap ourselves */
 281     lowestAddr->phdr.p_vaddr -= size;
 282     lowestAddr->phdr.p_paddr -= size;
 283     lowestAddr->phdr.p_filesz += size;
 284     lowestAddr->phdr.p_memsz += size;
 285
 286     injOffset = ROUNDUP(injOffset, align);
 287
 288     if (injPhdr) {
 289       *injPhdr = lowestAddr;
 290     }
 291     return lowestAddr->phdr.p_vaddr + (injOffset - lowestAddr->phdr.p_offset);
 292   } else {
 293     ElfuPhdr *newmp;
 294     GElf_Off injOffset;
 295     GElf_Addr injAddr;
 296
 297     /* Add a new LOAD PHDR. */
 298     newmp = appendPhdr(me);
 299     if (!newmp) {
 300       goto ERROR;
 301     }
 302
 303     /* ELF spec: We need (p_offset % p_align) == (p_vaddr % p_align) */
 304     injOffset = OFFS_END(highestOffsEnd->phdr.p_offset, highestOffsEnd->phdr.p_filesz);
 305     injOffset = ROUNDUP(injOffset, align);
 306     injAddr = OFFS_END(highestAddr->phdr.p_vaddr, highestAddr->phdr.p_memsz);
 307     injAddr = ROUNDUP(injAddr, highestAddr->phdr.p_align);
 308     injAddr += injOffset % highestAddr->phdr.p_align;
 309
 310     newmp->phdr.p_align = highestAddr->phdr.p_align;
 311     newmp->phdr.p_filesz = size;
 312     newmp->phdr.p_memsz = size;
 313     newmp->phdr.p_flags = PF_R | (x ? PF_X : 0) | (w ? PF_W : 0);
 314     newmp->phdr.p_type = PT_LOAD;
 315     newmp->phdr.p_offset = injOffset;
 316     newmp->phdr.p_vaddr = injAddr;
 317     newmp->phdr.p_paddr = newmp->phdr.p_vaddr;
 318
 319     *injPhdr = newmp;
 320
 321     return injAddr;
 322   }
 323
 324
 325
 326
 327   ERROR:
 328   if (injPhdr) {
 329     *injPhdr = NULL;
 330   }
 331   return 0;
 332 }
 333
 334
 335
 336
 337
 338 int elfu_mLayoutAuto(ElfuElf *me)
 339 {
 340   ElfuPhdr *lowestAddr;
 341   ElfuPhdr *highestAddr;
 342   ElfuPhdr *lowestOffs;
 343   ElfuPhdr *highestOffsEnd;
 344   ElfuPhdr *mp;
 345   ElfuScn *ms;
 346   ElfuPhdr **phdrArr;
 347   GElf_Off lastend = 0;
 348
 349   assert(me);
 350
 351   /* Find first and last LOAD PHDRs. */
 352   elfu_mPhdrLoadLowestHighest(me, &lowestAddr, &highestAddr,
 353                               &lowestOffs, &highestOffsEnd);
 354
 355   phdrArr = malloc(elfu_mPhdrCount(me) * sizeof(*phdrArr));
 356   if (!phdrArr) {
 357     ELFU_WARN("elfu_mLayoutAuto: malloc failed for phdrArr.\n");
 358     return 1;
 359   }
 360
 361
 362   lastend = OFFS_END(highestOffsEnd->phdr.p_offset, highestOffsEnd->phdr.p_filesz);
 363
 364
 365   /* If PHDRs are not mapped into memory, place them after LOAD segments. */
 366   mp = elfu_mPhdrByOffset(me, me->ehdr.e_phoff);
 367   if (!mp) {
 368     lastend = ROUNDUP(lastend, 8);
 369     me->ehdr.e_phoff = lastend;
 370     lastend += me->ehdr.e_phnum * me->ehdr.e_phentsize;
 371   } else {
 372     /* Update size of PHDR PHDR */
 373     ElfuPhdr *phdrmp;
 374
 375     CIRCLEQ_FOREACH(phdrmp, &mp->childPhdrList, elemChildPhdr) {
 376       if (phdrmp->phdr.p_type == PT_PHDR) {
 377         phdrmp->phdr.p_filesz = elfu_mPhdrCount(me) * me->ehdr.e_phentsize;
 378         phdrmp->phdr.p_memsz = elfu_mPhdrCount(me) * me->ehdr.e_phentsize;
 379       }
 380     }
 381   }
 382
 383
 384   /* Place orphaned sections afterwards, maintaining alignment */
 385   CIRCLEQ_FOREACH(ms, &me->orphanScnList, elemChildScn) {
 386     lastend = ROUNDUP(lastend, ms->shdr.sh_addralign);
 387
 388     ms->shdr.sh_offset = lastend;
 389
 390     lastend = OFFS_END(ms->shdr.sh_offset, SCNFILESIZE(&ms->shdr));
 391   }
 392
 393
 394   /* Move SHDRs to end */
 395   lastend = ROUNDUP(lastend, 8);
 396   me->ehdr.e_shoff = lastend;
 397
 398
 399   return 0;
 400 }