tools/lib/bpf/bpf_core_read.h

   1 /* SPDX-License-Identifier: (LGPL-2.1 OR BSD-2-Clause) */
   2 #ifndef __BPF_CORE_READ_H__
   3 #define __BPF_CORE_READ_H__
   4
   5 /*
   6  * enum bpf_field_info_kind is passed as a second argument into
   7  * __builtin_preserve_field_info() built-in to get a specific aspect of
   8  * a field, captured as a first argument. __builtin_preserve_field_info(field,
   9  * info_kind) returns __u32 integer and produces BTF field relocation, which
  10  * is understood and processed by libbpf during BPF object loading. See
  11  * selftests/bpf for examples.
  12  */
  13 enum bpf_field_info_kind {
  14         BPF_FIELD_BYTE_OFFSET = 0,      /* field byte offset */
  15         BPF_FIELD_BYTE_SIZE = 1,
  16         BPF_FIELD_EXISTS = 2,           /* field existence in target kernel */
  17         BPF_FIELD_SIGNED = 3,
  18         BPF_FIELD_LSHIFT_U64 = 4,
  19         BPF_FIELD_RSHIFT_U64 = 5,
  20 };
  21
  22 /* second argument to __builtin_btf_type_id() built-in */
  23 enum bpf_type_id_kind {
  24         BPF_TYPE_ID_LOCAL = 0,          /* BTF type ID in local program */
  25         BPF_TYPE_ID_TARGET = 1,         /* BTF type ID in target kernel */
  26 };
  27
  28 /* second argument to __builtin_preserve_type_info() built-in */
  29 enum bpf_type_info_kind {
  30         BPF_TYPE_EXISTS = 0,            /* type existence in target kernel */
  31         BPF_TYPE_SIZE = 1,              /* type size in target kernel */
  32 };
  33
  34 /* second argument to __builtin_preserve_enum_value() built-in */
  35 enum bpf_enum_value_kind {
  36         BPF_ENUMVAL_EXISTS = 0,         /* enum value existence in kernel */
  37         BPF_ENUMVAL_VALUE = 1,          /* enum value value relocation */
  38 };
  39
  40 #define __CORE_RELO(src, field, info)                                         \
  41         __builtin_preserve_field_info((src)->field, BPF_FIELD_##info)
  42
  43 #if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN
  44 #define __CORE_BITFIELD_PROBE_READ(dst, src, fld)                             \
  45         bpf_probe_read_kernel(                                                \
  46                         (void *)dst,                                  \
  47                         __CORE_RELO(src, fld, BYTE_SIZE),                     \
  48                         (const void *)src + __CORE_RELO(src, fld, BYTE_OFFSET))
  49 #else
  50 /* semantics of LSHIFT_64 assumes loading values into low-ordered bytes, so
  51  * for big-endian we need to adjust destination pointer accordingly, based on
  52  * field byte size
  53  */
  54 #define __CORE_BITFIELD_PROBE_READ(dst, src, fld)                             \
  55         bpf_probe_read_kernel(                                                \
  56                         (void *)dst + (8 - __CORE_RELO(src, fld, BYTE_SIZE)), \
  57                         __CORE_RELO(src, fld, BYTE_SIZE),                     \
  58                         (const void *)src + __CORE_RELO(src, fld, BYTE_OFFSET))
  59 #endif
  60
  61 /*
  62  * Extract bitfield, identified by s->field, and return its value as u64.
  63  * All this is done in relocatable manner, so bitfield changes such as
  64  * signedness, bit size, offset changes, this will be handled automatically.
  65  * This version of macro is using bpf_probe_read_kernel() to read underlying
  66  * integer storage. Macro functions as an expression and its return type is
  67  * bpf_probe_read_kernel()'s return value: 0, on success, <0 on error.
  68  */
  69 #define BPF_CORE_READ_BITFIELD_PROBED(s, field) ({                            \
  70         unsigned long long val = 0;                                           \
  71                                                                               \
  72         __CORE_BITFIELD_PROBE_READ(&val, s, field);                           \
  73         val <<= __CORE_RELO(s, field, LSHIFT_U64);                            \
  74         if (__CORE_RELO(s, field, SIGNED))                                    \
  75                 val = ((long long)val) >> __CORE_RELO(s, field, RSHIFT_U64);  \
  76         else                                                                  \
  77                 val = val >> __CORE_RELO(s, field, RSHIFT_U64);               \
  78         val;                                                                  \
  79 })
  80
  81 /*
  82  * Extract bitfield, identified by s->field, and return its value as u64.
  83  * This version of macro is using direct memory reads and should be used from
  84  * BPF program types that support such functionality (e.g., typed raw
  85  * tracepoints).
  86  */
  87 #define BPF_CORE_READ_BITFIELD(s, field) ({                                   \
  88         const void *p = (const void *)s + __CORE_RELO(s, field, BYTE_OFFSET); \
  89         unsigned long long val;                                               \
  90                                                                               \
  91         /* This is a so-called barrier_var() operation that makes specified   \
  92          * variable "a black box" for optimizing compiler.                    \
  93          * It forces compiler to perform BYTE_OFFSET relocation on p and use  \
  94          * its calculated value in the switch below, instead of applying      \
  95          * the same relocation 4 times for each individual memory load.       \
  96          */                                                                   \
  97         asm volatile("" : "=r"(p) : "0"(p));                                  \
  98                                                                               \
  99         switch (__CORE_RELO(s, field, BYTE_SIZE)) {                           \
 100         case 1: val = *(const unsigned char *)p; break;                       \
 101         case 2: val = *(const unsigned short *)p; break;                      \
 102         case 4: val = *(const unsigned int *)p; break;                        \
 103         case 8: val = *(const unsigned long long *)p; break;                  \
 104         }                                                                     \
 105         val <<= __CORE_RELO(s, field, LSHIFT_U64);                            \
 106         if (__CORE_RELO(s, field, SIGNED))                                    \
 107                 val = ((long long)val) >> __CORE_RELO(s, field, RSHIFT_U64);  \
 108         else                                                                  \
 109                 val = val >> __CORE_RELO(s, field, RSHIFT_U64);               \
 110         val;                                                                  \
 111 })
 112
 113 /*
 114  * Convenience macro to check that field actually exists in target kernel's.
 115  * Returns:
 116  *    1, if matching field is present in target kernel;
 117  *    0, if no matching field found.
 118  */
 119 #define bpf_core_field_exists(field)                                        \
 120         __builtin_preserve_field_info(field, BPF_FIELD_EXISTS)
 121
 122 /*
 123  * Convenience macro to get the byte size of a field. Works for integers,
 124  * struct/unions, pointers, arrays, and enums.
 125  */
 126 #define bpf_core_field_size(field)                                          \
 127         __builtin_preserve_field_info(field, BPF_FIELD_BYTE_SIZE)
 128
 129 /*
 130  * Convenience macro to get BTF type ID of a specified type, using a local BTF
 131  * information. Return 32-bit unsigned integer with type ID from program's own
 132  * BTF. Always succeeds.
 133  */
 134 #define bpf_core_type_id_local(type)                                        \
 135         __builtin_btf_type_id(*(typeof(type) *)0, BPF_TYPE_ID_LOCAL)
 136
 137 /*
 138  * Convenience macro to get BTF type ID of a target kernel's type that matches
 139  * specified local type.
 140  * Returns:
 141  *    - valid 32-bit unsigned type ID in kernel BTF;
 142  *    - 0, if no matching type was found in a target kernel BTF.
 143  */
 144 #define bpf_core_type_id_kernel(type)                                       \
 145         __builtin_btf_type_id(*(typeof(type) *)0, BPF_TYPE_ID_TARGET)
 146
 147 /*
 148  * Convenience macro to check that provided named type
 149  * (struct/union/enum/typedef) exists in a target kernel.
 150  * Returns:
 151  *    1, if such type is present in target kernel's BTF;
 152  *    0, if no matching type is found.
 153  */
 154 #define bpf_core_type_exists(type)                                          \
 155         __builtin_preserve_type_info(*(typeof(type) *)0, BPF_TYPE_EXISTS)
 156
 157 /*
 158  * Convenience macro to get the byte size of a provided named type
 159  * (struct/union/enum/typedef) in a target kernel.
 160  * Returns:
 161  *    >= 0 size (in bytes), if type is present in target kernel's BTF;
 162  *    0, if no matching type is found.
 163  */
 164 #define bpf_core_type_size(type)                                            \
 165         __builtin_preserve_type_info(*(typeof(type) *)0, BPF_TYPE_SIZE)
 166
 167 /*
 168  * Convenience macro to check that provided enumerator value is defined in
 169  * a target kernel.
 170  * Returns:
 171  *    1, if specified enum type and its enumerator value are present in target
 172  *    kernel's BTF;
 173  *    0, if no matching enum and/or enum value within that enum is found.
 174  */
 175 #define bpf_core_enum_value_exists(enum_type, enum_value)                   \
 176         __builtin_preserve_enum_value(*(typeof(enum_type) *)enum_value, BPF_ENUMVAL_EXISTS)
 177
 178 /*
 179  * Convenience macro to get the integer value of an enumerator value in
 180  * a target kernel.
 181  * Returns:
 182  *    64-bit value, if specified enum type and its enumerator value are
 183  *    present in target kernel's BTF;
 184  *    0, if no matching enum and/or enum value within that enum is found.
 185  */
 186 #define bpf_core_enum_value(enum_type, enum_value)                          \
 187         __builtin_preserve_enum_value(*(typeof(enum_type) *)enum_value, BPF_ENUMVAL_VALUE)
 188
 189 /*
 190  * bpf_core_read() abstracts away bpf_probe_read_kernel() call and captures
 191  * offset relocation for source address using __builtin_preserve_access_index()
 192  * built-in, provided by Clang.
 193  *
 194  * __builtin_preserve_access_index() takes as an argument an expression of
 195  * taking an address of a field within struct/union. It makes compiler emit
 196  * a relocation, which records BTF type ID describing root struct/union and an
 197  * accessor string which describes exact embedded field that was used to take
 198  * an address. See detailed description of this relocation format and
 199  * semantics in comments to struct bpf_field_reloc in libbpf_internal.h.
 200  *
 201  * This relocation allows libbpf to adjust BPF instruction to use correct
 202  * actual field offset, based on target kernel BTF type that matches original
 203  * (local) BTF, used to record relocation.
 204  */
 205 #define bpf_core_read(dst, sz, src)                                         \
 206         bpf_probe_read_kernel(dst, sz, (const void *)__builtin_preserve_access_index(src))
 207
 208 /* NOTE: see comments for BPF_CORE_READ_USER() about the proper types use. */
 209 #define bpf_core_read_user(dst, sz, src)                                    \
 210         bpf_probe_read_user(dst, sz, (const void *)__builtin_preserve_access_index(src))
 211 /*
 212  * bpf_core_read_str() is a thin wrapper around bpf_probe_read_str()
 213  * additionally emitting BPF CO-RE field relocation for specified source
 214  * argument.
 215  */
 216 #define bpf_core_read_str(dst, sz, src)                                     \
 217         bpf_probe_read_kernel_str(dst, sz, (const void *)__builtin_preserve_access_index(src))
 218
 219 /* NOTE: see comments for BPF_CORE_READ_USER() about the proper types use. */
 220 #define bpf_core_read_user_str(dst, sz, src)                                \
 221         bpf_probe_read_user_str(dst, sz, (const void *)__builtin_preserve_access_index(src))
 222
 223 #define ___concat(a, b) a ## b
 224 #define ___apply(fn, n) ___concat(fn, n)
 225 #define ___nth(_1, _2, _3, _4, _5, _6, _7, _8, _9, _10, __11, N, ...) N
 226
 227 /*
 228  * return number of provided arguments; used for switch-based variadic macro
 229  * definitions (see ___last, ___arrow, etc below)
 230  */
 231 #define ___narg(...) ___nth(_, ##__VA_ARGS__, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0)
 232 /*
 233  * return 0 if no arguments are passed, N - otherwise; used for
 234  * recursively-defined macros to specify termination (0) case, and generic
 235  * (N) case (e.g., ___read_ptrs, ___core_read)
 236  */
 237 #define ___empty(...) ___nth(_, ##__VA_ARGS__, N, N, N, N, N, N, N, N, N, N, 0)
 238
 239 #define ___last1(x) x
 240 #define ___last2(a, x) x
 241 #define ___last3(a, b, x) x
 242 #define ___last4(a, b, c, x) x
 243 #define ___last5(a, b, c, d, x) x
 244 #define ___last6(a, b, c, d, e, x) x
 245 #define ___last7(a, b, c, d, e, f, x) x
 246 #define ___last8(a, b, c, d, e, f, g, x) x
 247 #define ___last9(a, b, c, d, e, f, g, h, x) x
 248 #define ___last10(a, b, c, d, e, f, g, h, i, x) x
 249 #define ___last(...) ___apply(___last, ___narg(__VA_ARGS__))(__VA_ARGS__)
 250
 251 #define ___nolast2(a, _) a
 252 #define ___nolast3(a, b, _) a, b
 253 #define ___nolast4(a, b, c, _) a, b, c
 254 #define ___nolast5(a, b, c, d, _) a, b, c, d
 255 #define ___nolast6(a, b, c, d, e, _) a, b, c, d, e
 256 #define ___nolast7(a, b, c, d, e, f, _) a, b, c, d, e, f
 257 #define ___nolast8(a, b, c, d, e, f, g, _) a, b, c, d, e, f, g
 258 #define ___nolast9(a, b, c, d, e, f, g, h, _) a, b, c, d, e, f, g, h
 259 #define ___nolast10(a, b, c, d, e, f, g, h, i, _) a, b, c, d, e, f, g, h, i
 260 #define ___nolast(...) ___apply(___nolast, ___narg(__VA_ARGS__))(__VA_ARGS__)
 261
 262 #define ___arrow1(a) a
 263 #define ___arrow2(a, b) a->b
 264 #define ___arrow3(a, b, c) a->b->c
 265 #define ___arrow4(a, b, c, d) a->b->c->d
 266 #define ___arrow5(a, b, c, d, e) a->b->c->d->e
 267 #define ___arrow6(a, b, c, d, e, f) a->b->c->d->e->f
 268 #define ___arrow7(a, b, c, d, e, f, g) a->b->c->d->e->f->g
 269 #define ___arrow8(a, b, c, d, e, f, g, h) a->b->c->d->e->f->g->h
 270 #define ___arrow9(a, b, c, d, e, f, g, h, i) a->b->c->d->e->f->g->h->i
 271 #define ___arrow10(a, b, c, d, e, f, g, h, i, j) a->b->c->d->e->f->g->h->i->j
 272 #define ___arrow(...) ___apply(___arrow, ___narg(__VA_ARGS__))(__VA_ARGS__)
 273
 274 #define ___type(...) typeof(___arrow(__VA_ARGS__))
 275
 276 #define ___read(read_fn, dst, src_type, src, accessor)                      \
 277         read_fn((void *)(dst), sizeof(*(dst)), &((src_type)(src))->accessor)
 278
 279 /* "recursively" read a sequence of inner pointers using local __t var */
 280 #define ___rd_first(fn, src, a) ___read(fn, &__t, ___type(src), src, a);
 281 #define ___rd_last(fn, ...)                                                 \
 282         ___read(fn, &__t, ___type(___nolast(__VA_ARGS__)), __t, ___last(__VA_ARGS__));
 283 #define ___rd_p1(fn, ...) const void *__t; ___rd_first(fn, __VA_ARGS__)
 284 #define ___rd_p2(fn, ...) ___rd_p1(fn, ___nolast(__VA_ARGS__)) ___rd_last(fn, __VA_ARGS__)
 285 #define ___rd_p3(fn, ...) ___rd_p2(fn, ___nolast(__VA_ARGS__)) ___rd_last(fn, __VA_ARGS__)
 286 #define ___rd_p4(fn, ...) ___rd_p3(fn, ___nolast(__VA_ARGS__)) ___rd_last(fn, __VA_ARGS__)
 287 #define ___rd_p5(fn, ...) ___rd_p4(fn, ___nolast(__VA_ARGS__)) ___rd_last(fn, __VA_ARGS__)
 288 #define ___rd_p6(fn, ...) ___rd_p5(fn, ___nolast(__VA_ARGS__)) ___rd_last(fn, __VA_ARGS__)
 289 #define ___rd_p7(fn, ...) ___rd_p6(fn, ___nolast(__VA_ARGS__)) ___rd_last(fn, __VA_ARGS__)
 290 #define ___rd_p8(fn, ...) ___rd_p7(fn, ___nolast(__VA_ARGS__)) ___rd_last(fn, __VA_ARGS__)
 291 #define ___rd_p9(fn, ...) ___rd_p8(fn, ___nolast(__VA_ARGS__)) ___rd_last(fn, __VA_ARGS__)
 292 #define ___read_ptrs(fn, src, ...)                                          \
 293         ___apply(___rd_p, ___narg(__VA_ARGS__))(fn, src, __VA_ARGS__)
 294
 295 #define ___core_read0(fn, fn_ptr, dst, src, a)                              \
 296         ___read(fn, dst, ___type(src), src, a);
 297 #define ___core_readN(fn, fn_ptr, dst, src, ...)                            \
 298         ___read_ptrs(fn_ptr, src, ___nolast(__VA_ARGS__))                   \
 299         ___read(fn, dst, ___type(src, ___nolast(__VA_ARGS__)), __t,         \
 300                 ___last(__VA_ARGS__));
 301 #define ___core_read(fn, fn_ptr, dst, src, a, ...)                          \
 302         ___apply(___core_read, ___empty(__VA_ARGS__))(fn, fn_ptr, dst,      \
 303                                                       src, a, ##__VA_ARGS__)
 304
 305 /*
 306  * BPF_CORE_READ_INTO() is a more performance-conscious variant of
 307  * BPF_CORE_READ(), in which final field is read into user-provided storage.
 308  * See BPF_CORE_READ() below for more details on general usage.
 309  */
 310 #define BPF_CORE_READ_INTO(dst, src, a, ...) ({                             \
 311         ___core_read(bpf_core_read, bpf_core_read,                          \
 312                      dst, (src), a, ##__VA_ARGS__)                          \
 313 })
 314
 315 /*
 316  * Variant of BPF_CORE_READ_INTO() for reading from user-space memory.
 317  *
 318  * NOTE: see comments for BPF_CORE_READ_USER() about the proper types use.
 319  */
 320 #define BPF_CORE_READ_USER_INTO(dst, src, a, ...) ({                        \
 321         ___core_read(bpf_core_read_user, bpf_core_read_user,                \
 322                      dst, (src), a, ##__VA_ARGS__)                          \
 323 })
 324
 325 /* Non-CO-RE variant of BPF_CORE_READ_INTO() */
 326 #define BPF_PROBE_READ_INTO(dst, src, a, ...) ({                            \
 327         ___core_read(bpf_probe_read, bpf_probe_read,                        \
 328                      dst, (src), a, ##__VA_ARGS__)                          \
 329 })
 330
 331 /* Non-CO-RE variant of BPF_CORE_READ_USER_INTO().
 332  *
 333  * As no CO-RE relocations are emitted, source types can be arbitrary and are
 334  * not restricted to kernel types only.
 335  */
 336 #define BPF_PROBE_READ_USER_INTO(dst, src, a, ...) ({                       \
 337         ___core_read(bpf_probe_read_user, bpf_probe_read_user,              \
 338                      dst, (src), a, ##__VA_ARGS__)                          \
 339 })
 340
 341 /*
 342  * BPF_CORE_READ_STR_INTO() does same "pointer chasing" as
 343  * BPF_CORE_READ() for intermediate pointers, but then executes (and returns
 344  * corresponding error code) bpf_core_read_str() for final string read.
 345  */
 346 #define BPF_CORE_READ_STR_INTO(dst, src, a, ...) ({                         \
 347         ___core_read(bpf_core_read_str, bpf_core_read,                      \
 348                      dst, (src), a, ##__VA_ARGS__)                          \
 349 })
 350
 351 /*
 352  * Variant of BPF_CORE_READ_STR_INTO() for reading from user-space memory.
 353  *
 354  * NOTE: see comments for BPF_CORE_READ_USER() about the proper types use.
 355  */
 356 #define BPF_CORE_READ_USER_STR_INTO(dst, src, a, ...) ({                    \
 357         ___core_read(bpf_core_read_user_str, bpf_core_read_user,            \
 358                      dst, (src), a, ##__VA_ARGS__)                          \
 359 })
 360
 361 /* Non-CO-RE variant of BPF_CORE_READ_STR_INTO() */
 362 #define BPF_PROBE_READ_STR_INTO(dst, src, a, ...) ({                        \
 363         ___core_read(bpf_probe_read_str, bpf_probe_read,                    \
 364                      dst, (src), a, ##__VA_ARGS__)                          \
 365 })
 366
 367 /*
 368  * Non-CO-RE variant of BPF_CORE_READ_USER_STR_INTO().
 369  *
 370  * As no CO-RE relocations are emitted, source types can be arbitrary and are
 371  * not restricted to kernel types only.
 372  */
 373 #define BPF_PROBE_READ_USER_STR_INTO(dst, src, a, ...) ({                   \
 374         ___core_read(bpf_probe_read_user_str, bpf_probe_read_user,          \
 375                      dst, (src), a, ##__VA_ARGS__)                          \
 376 })
 377
 378 /*
 379  * BPF_CORE_READ() is used to simplify BPF CO-RE relocatable read, especially
 380  * when there are few pointer chasing steps.
 381  * E.g., what in non-BPF world (or in BPF w/ BCC) would be something like:
 382  *      int x = s->a.b.c->d.e->f->g;
 383  * can be succinctly achieved using BPF_CORE_READ as:
 384  *      int x = BPF_CORE_READ(s, a.b.c, d.e, f, g);
 385  *
 386  * BPF_CORE_READ will decompose above statement into 4 bpf_core_read (BPF
 387  * CO-RE relocatable bpf_probe_read_kernel() wrapper) calls, logically
 388  * equivalent to:
 389  * 1. const void *__t = s->a.b.c;
 390  * 2. __t = __t->d.e;
 391  * 3. __t = __t->f;
 392  * 4. return __t->g;
 393  *
 394  * Equivalence is logical, because there is a heavy type casting/preservation
 395  * involved, as well as all the reads are happening through
 396  * bpf_probe_read_kernel() calls using __builtin_preserve_access_index() to
 397  * emit CO-RE relocations.
 398  *
 399  * N.B. Only up to 9 "field accessors" are supported, which should be more
 400  * than enough for any practical purpose.
 401  */
 402 #define BPF_CORE_READ(src, a, ...) ({                                       \
 403         ___type((src), a, ##__VA_ARGS__) __r;                               \
 404         BPF_CORE_READ_INTO(&__r, (src), a, ##__VA_ARGS__);                  \
 405         __r;                                                                \
 406 })
 407
 408 /*
 409  * Variant of BPF_CORE_READ() for reading from user-space memory.
 410  *
 411  * NOTE: all the source types involved are still *kernel types* and need to
 412  * exist in kernel (or kernel module) BTF, otherwise CO-RE relocation will
 413  * fail. Custom user types are not relocatable with CO-RE.
 414  * The typical situation in which BPF_CORE_READ_USER() might be used is to
 415  * read kernel UAPI types from the user-space memory passed in as a syscall
 416  * input argument.
 417  */
 418 #define BPF_CORE_READ_USER(src, a, ...) ({                                  \
 419         ___type((src), a, ##__VA_ARGS__) __r;                               \
 420         BPF_CORE_READ_USER_INTO(&__r, (src), a, ##__VA_ARGS__);             \
 421         __r;                                                                \
 422 })
 423
 424 /* Non-CO-RE variant of BPF_CORE_READ() */
 425 #define BPF_PROBE_READ(src, a, ...) ({                                      \
 426         ___type((src), a, ##__VA_ARGS__) __r;                               \
 427         BPF_PROBE_READ_INTO(&__r, (src), a, ##__VA_ARGS__);                 \
 428         __r;                                                                \
 429 })
 430
 431 /*
 432  * Non-CO-RE variant of BPF_CORE_READ_USER().
 433  *
 434  * As no CO-RE relocations are emitted, source types can be arbitrary and are
 435  * not restricted to kernel types only.
 436  */
 437 #define BPF_PROBE_READ_USER(src, a, ...) ({                                 \
 438         ___type((src), a, ##__VA_ARGS__) __r;                               \
 439         BPF_PROBE_READ_USER_INTO(&__r, (src), a, ##__VA_ARGS__);            \
 440         __r;                                                                \
 441 })
 442
 443 #endif
 444