tools/testing/selftests/proc/proc-pid-vm.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2019 Alexey Dobriyan <[email protected]>
   3  *
   4  * Permission to use, copy, modify, and distribute this software for any
   5  * purpose with or without fee is hereby granted, provided that the above
   6  * copyright notice and this permission notice appear in all copies.
   7  *
   8  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS" AND THE AUTHOR DISCLAIMS ALL WARRANTIES
   9  * WITH REGARD TO THIS SOFTWARE INCLUDING ALL IMPLIED WARRANTIES OF
  10  * MERCHANTABILITY AND FITNESS. IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR
  11  * ANY SPECIAL, DIRECT, INDIRECT, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES OR ANY DAMAGES
  12  * WHATSOEVER RESULTING FROM LOSS OF USE, DATA OR PROFITS, WHETHER IN AN
  13  * ACTION OF CONTRACT, NEGLIGENCE OR OTHER TORTIOUS ACTION, ARISING OUT OF
  14  * OR IN CONNECTION WITH THE USE OR PERFORMANCE OF THIS SOFTWARE.
  15  */
  16 /*
  17  * Fork and exec tiny 1 page executable which precisely controls its VM.
  18  * Test /proc/$PID/maps
  19  * Test /proc/$PID/smaps
  20  * Test /proc/$PID/smaps_rollup
  21  * Test /proc/$PID/statm
  22  *
  23  * FIXME require CONFIG_TMPFS which can be disabled
  24  * FIXME test other values from "smaps"
  25  * FIXME support other archs
  26  */
  27 #undef NDEBUG
  28 #include <assert.h>
  29 #include <errno.h>
  30 #include <sched.h>
  31 #include <signal.h>
  32 #include <stdbool.h>
  33 #include <stdint.h>
  34 #include <stdio.h>
  35 #include <string.h>
  36 #include <stdlib.h>
  37 #include <sys/mount.h>
  38 #include <sys/types.h>
  39 #include <sys/stat.h>
  40 #include <sys/wait.h>
  41 #include <fcntl.h>
  42 #include <unistd.h>
  43 #include <sys/syscall.h>
  44 #include <sys/uio.h>
  45 #include <linux/kdev_t.h>
  46 #include <sys/time.h>
  47 #include <sys/resource.h>
  48
  49 #include "../kselftest.h"
  50
  51 static inline long sys_execveat(int dirfd, const char *pathname, char **argv, char **envp, int flags)
  52 {
  53         return syscall(SYS_execveat, dirfd, pathname, argv, envp, flags);
  54 }
  55
  56 static void make_private_tmp(void)
  57 {
  58         if (unshare(CLONE_NEWNS) == -1) {
  59                 if (errno == ENOSYS || errno == EPERM) {
  60                         exit(4);
  61                 }
  62                 exit(1);
  63         }
  64         if (mount(NULL, "/", NULL, MS_PRIVATE|MS_REC, NULL) == -1) {
  65                 exit(1);
  66         }
  67         if (mount(NULL, "/tmp", "tmpfs", 0, NULL) == -1) {
  68                 exit(1);
  69         }
  70 }
  71
  72 static pid_t pid = -1;
  73 static void ate(void)
  74 {
  75         if (pid > 0) {
  76                 kill(pid, SIGTERM);
  77         }
  78 }
  79
  80 struct elf64_hdr {
  81         uint8_t e_ident[16];
  82         uint16_t e_type;
  83         uint16_t e_machine;
  84         uint32_t e_version;
  85         uint64_t e_entry;
  86         uint64_t e_phoff;
  87         uint64_t e_shoff;
  88         uint32_t e_flags;
  89         uint16_t e_ehsize;
  90         uint16_t e_phentsize;
  91         uint16_t e_phnum;
  92         uint16_t e_shentsize;
  93         uint16_t e_shnum;
  94         uint16_t e_shstrndx;
  95 };
  96
  97 struct elf64_phdr {
  98         uint32_t p_type;
  99         uint32_t p_flags;
 100         uint64_t p_offset;
 101         uint64_t p_vaddr;
 102         uint64_t p_paddr;
 103         uint64_t p_filesz;
 104         uint64_t p_memsz;
 105         uint64_t p_align;
 106 };
 107
 108 #ifdef __x86_64__
 109 #define PAGE_SIZE 4096
 110 #define VADDR (1UL << 32)
 111 #define MAPS_OFFSET 73
 112
 113 #define syscall 0x0f, 0x05
 114 #define mov_rdi(x)      \
 115         0x48, 0xbf,     \
 116         (x)&0xff, ((x)>>8)&0xff, ((x)>>16)&0xff, ((x)>>24)&0xff,        \
 117         ((x)>>32)&0xff, ((x)>>40)&0xff, ((x)>>48)&0xff, ((x)>>56)&0xff
 118
 119 #define mov_rsi(x)      \
 120         0x48, 0xbe,     \
 121         (x)&0xff, ((x)>>8)&0xff, ((x)>>16)&0xff, ((x)>>24)&0xff,        \
 122         ((x)>>32)&0xff, ((x)>>40)&0xff, ((x)>>48)&0xff, ((x)>>56)&0xff
 123
 124 #define mov_eax(x)      \
 125         0xb8, (x)&0xff, ((x)>>8)&0xff, ((x)>>16)&0xff, ((x)>>24)&0xff
 126
 127 static const uint8_t payload[] = {
 128         /* Casually unmap stack, vDSO and everything else. */
 129         /* munmap */
 130         mov_rdi(VADDR + 4096),
 131         mov_rsi((1ULL << 47) - 4096 - VADDR - 4096),
 132         mov_eax(11),
 133         syscall,
 134
 135         /* Ping parent. */
 136         /* write(0, &c, 1); */
 137         0x31, 0xff,                                     /* xor edi, edi */
 138         0x48, 0x8d, 0x35, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,       /* lea rsi, [rip] */
 139         0xba, 0x01, 0x00, 0x00, 0x00,                   /* mov edx, 1 */
 140         mov_eax(1),
 141         syscall,
 142
 143         /* 1: pause(); */
 144         mov_eax(34),
 145         syscall,
 146
 147         0xeb, 0xf7,     /* jmp 1b */
 148 };
 149
 150 static int make_exe(const uint8_t *payload, size_t len)
 151 {
 152         struct elf64_hdr h;
 153         struct elf64_phdr ph;
 154
 155         struct iovec iov[3] = {
 156                 {&h, sizeof(struct elf64_hdr)},
 157                 {&ph, sizeof(struct elf64_phdr)},
 158                 {(void *)payload, len},
 159         };
 160         int fd, fd1;
 161         char buf[64];
 162
 163         memset(&h, 0, sizeof(h));
 164         h.e_ident[0] = 0x7f;
 165         h.e_ident[1] = 'E';
 166         h.e_ident[2] = 'L';
 167         h.e_ident[3] = 'F';
 168         h.e_ident[4] = 2;
 169         h.e_ident[5] = 1;
 170         h.e_ident[6] = 1;
 171         h.e_ident[7] = 0;
 172         h.e_type = 2;
 173         h.e_machine = 0x3e;
 174         h.e_version = 1;
 175         h.e_entry = VADDR + sizeof(struct elf64_hdr) + sizeof(struct elf64_phdr);
 176         h.e_phoff = sizeof(struct elf64_hdr);
 177         h.e_shoff = 0;
 178         h.e_flags = 0;
 179         h.e_ehsize = sizeof(struct elf64_hdr);
 180         h.e_phentsize = sizeof(struct elf64_phdr);
 181         h.e_phnum = 1;
 182         h.e_shentsize = 0;
 183         h.e_shnum = 0;
 184         h.e_shstrndx = 0;
 185
 186         memset(&ph, 0, sizeof(ph));
 187         ph.p_type = 1;
 188         ph.p_flags = (1<<2)|1;
 189         ph.p_offset = 0;
 190         ph.p_vaddr = VADDR;
 191         ph.p_paddr = 0;
 192         ph.p_filesz = sizeof(struct elf64_hdr) + sizeof(struct elf64_phdr) + len;
 193         ph.p_memsz = sizeof(struct elf64_hdr) + sizeof(struct elf64_phdr) + len;
 194         ph.p_align = 4096;
 195
 196         fd = openat(AT_FDCWD, "/tmp", O_WRONLY|O_EXCL|O_TMPFILE, 0700);
 197         if (fd == -1) {
 198                 exit(1);
 199         }
 200
 201         if (writev(fd, iov, 3) != sizeof(struct elf64_hdr) + sizeof(struct elf64_phdr) + len) {
 202                 exit(1);
 203         }
 204
 205         /* Avoid ETXTBSY on exec. */
 206         snprintf(buf, sizeof(buf), "/proc/self/fd/%u", fd);
 207         fd1 = open(buf, O_RDONLY|O_CLOEXEC);
 208         close(fd);
 209
 210         return fd1;
 211 }
 212 #endif
 213
 214 /*
 215  * 0: vsyscall VMA doesn't exist        vsyscall=none
 216  * 1: vsyscall VMA is --xp              vsyscall=xonly
 217  * 2: vsyscall VMA is r-xp              vsyscall=emulate
 218  */
 219 static volatile int g_vsyscall;
 220 static const char *str_vsyscall;
 221
 222 static const char str_vsyscall_0[] = "";
 223 static const char str_vsyscall_1[] =
 224 "ffffffffff600000-ffffffffff601000 --xp 00000000 00:00 0                  [vsyscall]\n";
 225 static const char str_vsyscall_2[] =
 226 "ffffffffff600000-ffffffffff601000 r-xp 00000000 00:00 0                  [vsyscall]\n";
 227
 228 #ifdef __x86_64__
 229 static void sigaction_SIGSEGV(int _, siginfo_t *__, void *___)
 230 {
 231         _exit(g_vsyscall);
 232 }
 233
 234 /*
 235  * vsyscall page can't be unmapped, probe it directly.
 236  */
 237 static void vsyscall(void)
 238 {
 239         pid_t pid;
 240         int wstatus;
 241
 242         pid = fork();
 243         if (pid < 0) {
 244                 fprintf(stderr, "fork, errno %d\n", errno);
 245                 exit(1);
 246         }
 247         if (pid == 0) {
 248                 struct rlimit rlim = {0, 0};
 249                 (void)setrlimit(RLIMIT_CORE, &rlim);
 250
 251                 /* Hide "segfault at ffffffffff600000" messages. */
 252                 struct sigaction act;
 253                 memset(&act, 0, sizeof(struct sigaction));
 254                 act.sa_flags = SA_SIGINFO;
 255                 act.sa_sigaction = sigaction_SIGSEGV;
 256                 (void)sigaction(SIGSEGV, &act, NULL);
 257
 258                 g_vsyscall = 0;
 259                 /* gettimeofday(NULL, NULL); */
 260                 asm volatile (
 261                         "call %P0"
 262                         :
 263                         : "i" (0xffffffffff600000), "D" (NULL), "S" (NULL)
 264                         : "rax", "rcx", "r11"
 265                 );
 266
 267                 g_vsyscall = 1;
 268                 *(volatile int *)0xffffffffff600000UL;
 269
 270                 g_vsyscall = 2;
 271                 exit(g_vsyscall);
 272         }
 273         waitpid(pid, &wstatus, 0);
 274         if (WIFEXITED(wstatus)) {
 275                 g_vsyscall = WEXITSTATUS(wstatus);
 276         } else {
 277                 fprintf(stderr, "error: wstatus %08x\n", wstatus);
 278                 exit(1);
 279         }
 280 }
 281
 282 int main(void)
 283 {
 284         int pipefd[2];
 285         int exec_fd;
 286
 287         vsyscall();
 288         switch (g_vsyscall) {
 289         case 0:
 290                 str_vsyscall = str_vsyscall_0;
 291                 break;
 292         case 1:
 293                 str_vsyscall = str_vsyscall_1;
 294                 break;
 295         case 2:
 296                 str_vsyscall = str_vsyscall_2;
 297                 break;
 298         default:
 299                 abort();
 300         }
 301
 302         atexit(ate);
 303
 304         make_private_tmp();
 305
 306         /* Reserve fd 0 for 1-byte pipe ping from child. */
 307         close(0);
 308         if (open("/", O_RDONLY|O_DIRECTORY|O_PATH) != 0) {
 309                 return 1;
 310         }
 311
 312         exec_fd = make_exe(payload, sizeof(payload));
 313
 314         if (pipe(pipefd) == -1) {
 315                 return 1;
 316         }
 317         if (dup2(pipefd[1], 0) != 0) {
 318                 return 1;
 319         }
 320
 321         pid = fork();
 322         if (pid == -1) {
 323                 return 1;
 324         }
 325         if (pid == 0) {
 326                 sys_execveat(exec_fd, "", NULL, NULL, AT_EMPTY_PATH);
 327                 return 1;
 328         }
 329
 330         char _;
 331         if (read(pipefd[0], &_, 1) != 1) {
 332                 return 1;
 333         }
 334
 335         struct stat st;
 336         if (fstat(exec_fd, &st) == -1) {
 337                 return 1;
 338         }
 339
 340         /* Generate "head -n1 /proc/$PID/maps" */
 341         char buf0[256];
 342         memset(buf0, ' ', sizeof(buf0));
 343         int len = snprintf(buf0, sizeof(buf0),
 344                         "%08lx-%08lx r-xp 00000000 %02lx:%02lx %llu",
 345                         VADDR, VADDR + PAGE_SIZE,
 346                         MAJOR(st.st_dev), MINOR(st.st_dev),
 347                         (unsigned long long)st.st_ino);
 348         buf0[len] = ' ';
 349         snprintf(buf0 + MAPS_OFFSET, sizeof(buf0) - MAPS_OFFSET,
 350                  "/tmp/#%llu (deleted)\n", (unsigned long long)st.st_ino);
 351
 352         /* Test /proc/$PID/maps */
 353         {
 354                 const size_t len = strlen(buf0) + strlen(str_vsyscall);
 355                 char buf[256];
 356                 ssize_t rv;
 357                 int fd;
 358
 359                 snprintf(buf, sizeof(buf), "/proc/%u/maps", pid);
 360                 fd = open(buf, O_RDONLY);
 361                 if (fd == -1) {
 362                         return 1;
 363                 }
 364                 rv = read(fd, buf, sizeof(buf));
 365                 assert(rv == len);
 366                 assert(memcmp(buf, buf0, strlen(buf0)) == 0);
 367                 if (g_vsyscall > 0) {
 368                         assert(memcmp(buf + strlen(buf0), str_vsyscall, strlen(str_vsyscall)) == 0);
 369                 }
 370         }
 371
 372         /* Test /proc/$PID/smaps */
 373         {
 374                 char buf[4096];
 375                 ssize_t rv;
 376                 int fd;
 377
 378                 snprintf(buf, sizeof(buf), "/proc/%u/smaps", pid);
 379                 fd = open(buf, O_RDONLY);
 380                 if (fd == -1) {
 381                         return 1;
 382                 }
 383                 rv = read(fd, buf, sizeof(buf));
 384                 assert(0 <= rv && rv <= sizeof(buf));
 385
 386                 assert(rv >= strlen(buf0));
 387                 assert(memcmp(buf, buf0, strlen(buf0)) == 0);
 388
 389 #define RSS1 "Rss:                   4 kB\n"
 390 #define RSS2 "Rss:                   0 kB\n"
 391 #define PSS1 "Pss:                   4 kB\n"
 392 #define PSS2 "Pss:                   0 kB\n"
 393                 assert(memmem(buf, rv, RSS1, strlen(RSS1)) ||
 394                        memmem(buf, rv, RSS2, strlen(RSS2)));
 395                 assert(memmem(buf, rv, PSS1, strlen(PSS1)) ||
 396                        memmem(buf, rv, PSS2, strlen(PSS2)));
 397
 398                 static const char *S[] = {
 399                         "Size:                  4 kB\n",
 400                         "KernelPageSize:        4 kB\n",
 401                         "MMUPageSize:           4 kB\n",
 402                         "Anonymous:             0 kB\n",
 403                         "AnonHugePages:         0 kB\n",
 404                         "Shared_Hugetlb:        0 kB\n",
 405                         "Private_Hugetlb:       0 kB\n",
 406                         "Locked:                0 kB\n",
 407                 };
 408                 int i;
 409
 410                 for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(S); i++) {
 411                         assert(memmem(buf, rv, S[i], strlen(S[i])));
 412                 }
 413
 414                 if (g_vsyscall > 0) {
 415                         assert(memmem(buf, rv, str_vsyscall, strlen(str_vsyscall)));
 416                 }
 417         }
 418
 419         /* Test /proc/$PID/smaps_rollup */
 420         {
 421                 char bufr[256];
 422                 memset(bufr, ' ', sizeof(bufr));
 423                 len = snprintf(bufr, sizeof(bufr),
 424                                 "%08lx-%08lx ---p 00000000 00:00 0",
 425                                 VADDR, VADDR + PAGE_SIZE);
 426                 bufr[len] = ' ';
 427                 snprintf(bufr + MAPS_OFFSET, sizeof(bufr) - MAPS_OFFSET,
 428                          "[rollup]\n");
 429
 430                 char buf[1024];
 431                 ssize_t rv;
 432                 int fd;
 433
 434                 snprintf(buf, sizeof(buf), "/proc/%u/smaps_rollup", pid);
 435                 fd = open(buf, O_RDONLY);
 436                 if (fd == -1) {
 437                         return 1;
 438                 }
 439                 rv = read(fd, buf, sizeof(buf));
 440                 assert(0 <= rv && rv <= sizeof(buf));
 441
 442                 assert(rv >= strlen(bufr));
 443                 assert(memcmp(buf, bufr, strlen(bufr)) == 0);
 444
 445                 assert(memmem(buf, rv, RSS1, strlen(RSS1)) ||
 446                        memmem(buf, rv, RSS2, strlen(RSS2)));
 447                 assert(memmem(buf, rv, PSS1, strlen(PSS1)) ||
 448                        memmem(buf, rv, PSS2, strlen(PSS2)));
 449
 450                 static const char *S[] = {
 451                         "Anonymous:             0 kB\n",
 452                         "AnonHugePages:         0 kB\n",
 453                         "Shared_Hugetlb:        0 kB\n",
 454                         "Private_Hugetlb:       0 kB\n",
 455                         "Locked:                0 kB\n",
 456                 };
 457                 int i;
 458
 459                 for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(S); i++) {
 460                         assert(memmem(buf, rv, S[i], strlen(S[i])));
 461                 }
 462         }
 463
 464         /* Test /proc/$PID/statm */
 465         {
 466                 char buf[64];
 467                 ssize_t rv;
 468                 int fd;
 469
 470                 snprintf(buf, sizeof(buf), "/proc/%u/statm", pid);
 471                 fd = open(buf, O_RDONLY);
 472                 if (fd == -1) {
 473                         return 1;
 474                 }
 475                 rv = read(fd, buf, sizeof(buf));
 476                 assert(rv == 7 * 2);
 477
 478                 assert(buf[0] == '1');  /* ->total_vm */
 479                 assert(buf[1] == ' ');
 480                 assert(buf[2] == '0' || buf[2] == '1'); /* rss */
 481                 assert(buf[3] == ' ');
 482                 assert(buf[4] == '0' || buf[2] == '1'); /* file rss */
 483                 assert(buf[5] == ' ');
 484                 assert(buf[6] == '1');  /* ELF executable segments */
 485                 assert(buf[7] == ' ');
 486                 assert(buf[8] == '0');
 487                 assert(buf[9] == ' ');
 488                 assert(buf[10] == '0'); /* ->data_vm + ->stack_vm */
 489                 assert(buf[11] == ' ');
 490                 assert(buf[12] == '0');
 491                 assert(buf[13] == '\n');
 492         }
 493
 494         return 0;
 495 }
 496 #else
 497 int main(void)
 498 {
 499         return 4;
 500 }
 501 #endif