ldso/ldso/dl-startup.c

   1 /* vi: set sw=4 ts=4: */
   2 /*
   3  * Program to load an ELF binary on a linux system, and run it
   4  * after resolving ELF shared library symbols
   5  *
   6  * Copyright (C) 2005 by Joakim Tjernlund
   7  * Copyright (C) 2000-2006 by Erik Andersen <andersen@codepoet.org>
   8  * Copyright (c) 1994-2000 Eric Youngdale, Peter MacDonald,
   9  *                              David Engel, Hongjiu Lu and Mitch D'Souza
  10  *
  11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  12  * modification, are permitted provided that the following conditions
  13  * are met:
  14  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  16  * 2. The name of the above contributors may not be
  17  *    used to endorse or promote products derived from this software
  18  *    without specific prior written permission.
  19  *
  20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  21  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  22  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  23  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE CONTRIBUTORS BE LIABLE
  24  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  25  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  26  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  27  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  28  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  29  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  30  * SUCH DAMAGE.
  31  */
  32
  33 /*
  34  * The main trick with this program is that initially, we ourselves are not
  35  * dynamicly linked.  This means that we cannot access any global variables or
  36  * call any functions.  No globals initially, since the Global Offset Table
  37  * (GOT) is initialized by the linker assuming a virtual address of 0, and no
  38  * function calls initially since the Procedure Linkage Table (PLT) is not yet
  39  * initialized.
  40  *
  41  * There are additional initial restrictions - we cannot use large switch
  42  * statements, since the compiler generates tables of addresses and jumps
  43  * through them.  We cannot use normal syscall stubs, because these all
  44  * reference the errno global variable which is not yet initialized.  We _can_
  45  * use all of the local stack variables that we want.  We _can_ use inline
  46  * functions, because these do not transfer control to a new address, but they
  47  * must be static so that they are not exported from the modules.
  48  *
  49  * Life is further complicated by the fact that initially we do not want to do
  50  * a complete dynamic linking.  We want to allow the user to supply new
  51  * functions to override symbols (i.e. weak symbols and/or LD_PRELOAD).  So
  52  * initially, we only perform relocations for variables that start with "_dl_"
  53  * since ANSI specifies that the user is not supposed to redefine any of these
  54  * variables.
  55  *
  56  * Fortunately, the linker itself leaves a few clues lying around, and when the
  57  * kernel starts the image, there are a few further clues.  First of all, there
  58  * is Auxiliary Vector Table information sitting on which is provided to us by
  59  * the kernel, and which includes information about the load address that the
  60  * program interpreter was loaded at, the number of sections, the address the
  61  * application was loaded at and so forth.  Here this information is stored in
  62  * the array auxvt.  For details see linux/fs/binfmt_elf.c where it calls
  63  * NEW_AUX_ENT() a bunch of time....
  64  *
  65  * Next, we need to find the GOT.  On most arches there is a register pointing
  66  * to the GOT, but just in case (and for new ports) I've added some (slow) C
  67  * code to locate the GOT for you.
  68  *
  69  * This code was originally written for SVr4, and there the kernel would load
  70  * all text pages R/O, so they needed to call mprotect a zillion times to mark
  71  * all text pages as writable so dynamic linking would succeed.  Then when they
  72  * were done, they would change the protections for all the pages back again.
  73  * Well, under Linux everything is loaded writable (since Linux does copy on
  74  * write anyways) so all the mprotect stuff has been disabled.
  75  *
  76  * Initially, we do not have access to _dl_malloc since we can't yet make
  77  * function calls, so we mmap one page to use as scratch space.  Later on, when
  78  * we can call _dl_malloc we reuse this this memory.  This is also beneficial,
  79  * since we do not want to use the same memory pool as malloc anyway - esp if
  80  * the user redefines malloc to do something funky.
  81  *
  82  * Our first task is to perform a minimal linking so that we can call other
  83  * portions of the dynamic linker.  Once we have done this, we then build the
  84  * list of modules that the application requires, using LD_LIBRARY_PATH if this
  85  * is not a suid program (/usr/lib otherwise).  Once this is done, we can do
  86  * the dynamic linking as required, and we must omit the things we did to get
  87  * the dynamic linker up and running in the first place.  After we have done
  88  * this, we just have a few housekeeping chores and we can transfer control to
  89  * the user's application.
  90  */
  91
  92 #include "ldso.h"
  93
  94 /* Pull in all the arch specific stuff */
  95 #include "dl-startup.h"
  96
  97 /* Static declarations */
  98 static int (*_dl_elf_main) (int, char **, char **);
  99
 100 static void* __rtld_stack_end; /* Points to argc on stack, e.g *((long *)__rtld_stackend) == argc */
 101 strong_alias(__rtld_stack_end, __libc_stack_end) /* Exported version of __rtld_stack_end */
 102
 103 /* When we enter this piece of code, the program stack looks like this:
 104         argc            argument counter (integer)
 105         argv[0]         program name (pointer)
 106         argv[1..argc-1] program args (pointers)
 107         NULL
 108         env[0...N]      environment variables (pointers)
 109         NULL
 110         auxvt[0...N]   Auxiliary Vector Table elements (mixed types)
 111 */
 112 DL_START(unsigned long args)
 113 {
 114         unsigned int argc;
 115         char **argv, **envp;
 116         DL_LOADADDR_TYPE load_addr;
 117         ElfW(Addr) got;
 118         unsigned long *aux_dat;
 119         ElfW(Ehdr) *header;
 120         struct elf_resolve tpnt_tmp;
 121         struct elf_resolve *tpnt = &tpnt_tmp;
 122         ElfW(auxv_t) auxvt[AT_EGID + 1];
 123         ElfW(Dyn) *dpnt;
 124         uint32_t  *p32;
 125
 126         /* WARNING! -- we cannot make _any_ function calls until we have
 127          * taken care of fixing up our own relocations.  Making static
 128          * inline calls is ok, but _no_ function calls.  Not yet
 129          * anyways. */
 130
 131         /* First obtain the information on the stack that tells us more about
 132            what binary is loaded, where it is loaded, etc, etc */
 133         GET_ARGV(aux_dat, args);
 134         argc = aux_dat[-1];
 135         argv = (char **) aux_dat;
 136         aux_dat += argc;                        /* Skip over the argv pointers */
 137         aux_dat++;                                      /* Skip over NULL at end of argv */
 138         envp = (char **) aux_dat;
 139 #if !defined(NO_EARLY_SEND_STDERR)
 140         SEND_EARLY_STDERR_DEBUG("argc=");
 141         SEND_NUMBER_STDERR_DEBUG(argc, 0);
 142         SEND_EARLY_STDERR_DEBUG(" argv=");
 143         SEND_ADDRESS_STDERR_DEBUG(argv, 0);
 144         SEND_EARLY_STDERR_DEBUG(" envp=");
 145         SEND_ADDRESS_STDERR_DEBUG(envp, 1);
 146 #endif
 147         while (*aux_dat)
 148                 aux_dat++;                              /* Skip over the envp pointers */
 149         aux_dat++;                                      /* Skip over NULL at end of envp */
 150
 151         /* Place -1 here as a checkpoint.  We later check if it was changed
 152          * when we read in the auxvt */
 153         auxvt[AT_UID].a_type = -1;
 154
 155         /* The junk on the stack immediately following the environment is
 156          * the Auxiliary Vector Table.  Read out the elements of the auxvt,
 157          * sort and store them in auxvt for later use. */
 158         while (*aux_dat) {
 159                 ElfW(auxv_t) *auxv_entry = (ElfW(auxv_t) *) aux_dat;
 160
 161                 if (auxv_entry->a_type <= AT_EGID) {
 162                         _dl_memcpy(&(auxvt[auxv_entry->a_type]), auxv_entry, sizeof(ElfW(auxv_t)));
 163                 }
 164                 aux_dat += 2;
 165         }
 166
 167         /* locate the ELF header.   We need this done as soon as possible
 168          * (esp since SEND_STDERR() needs this on some platforms... */
 169         if (!auxvt[AT_BASE].a_un.a_val)
 170                 auxvt[AT_BASE].a_un.a_val = elf_machine_load_address();
 171         DL_INIT_LOADADDR_BOOT(load_addr, auxvt[AT_BASE].a_un.a_val);
 172         header = (ElfW(Ehdr) *) auxvt[AT_BASE].a_un.a_val;
 173
 174         /* Check the ELF header to make sure everything looks ok.  */
 175         if (!header || header->e_ident[EI_CLASS] != ELF_CLASS ||
 176                         header->e_ident[EI_VERSION] != EV_CURRENT
 177                         /* Do not use an inline _dl_strncmp here or some arches
 178                         * will blow chunks, i.e. those that need to relocate all
 179                         * string constants... */
 180                         || *(p32 = (uint32_t*)&header->e_ident) != ELFMAG_U32
 181         ) {
 182                 SEND_EARLY_STDERR("Invalid ELF header\n");
 183                 _dl_exit(0);
 184         }
 185         SEND_EARLY_STDERR_DEBUG("ELF header=");
 186         SEND_ADDRESS_STDERR_DEBUG(DL_LOADADDR_BASE(load_addr), 1);
 187
 188         /* Locate the global offset table.  Since this code must be PIC
 189          * we can take advantage of the magic offset register, if we
 190          * happen to know what that is for this architecture.  If not,
 191          * we can always read stuff out of the ELF file to find it... */
 192         DL_BOOT_COMPUTE_GOT(got);
 193
 194         /* Now, finally, fix up the location of the dynamic stuff */
 195         DL_BOOT_COMPUTE_DYN(dpnt, got, load_addr);
 196
 197         SEND_EARLY_STDERR_DEBUG("First Dynamic section entry=");
 198         SEND_ADDRESS_STDERR_DEBUG(dpnt, 1);
 199         _dl_memset(tpnt, 0, sizeof(struct elf_resolve));
 200         tpnt->loadaddr = load_addr;
 201         /* OK, that was easy.  Next scan the DYNAMIC section of the image.
 202            We are only doing ourself right now - we will have to do the rest later */
 203         SEND_EARLY_STDERR_DEBUG("Scanning DYNAMIC section\n");
 204         tpnt->dynamic_addr = dpnt;
 205 #if defined(NO_FUNCS_BEFORE_BOOTSTRAP)
 206         /* Some architectures cannot call functions here, must inline */
 207         __dl_parse_dynamic_info(dpnt, tpnt->dynamic_info, NULL, load_addr);
 208 #else
 209         _dl_parse_dynamic_info(dpnt, tpnt->dynamic_info, NULL, load_addr);
 210 #endif
 211
 212         /*
 213          * BIG ASSUMPTION: We assume that the dynamic loader does not
 214          *                 have any TLS data itself. If this ever occurs
 215          *                 more work than what is done below for the
 216          *                 loader will have to happen.
 217          */
 218 #if USE_TLS
 219         /* This was done by _dl_memset above. */
 220         /* tpnt->l_tls_modid = 0; */
 221 # if NO_TLS_OFFSET != 0
 222         tpnt->l_tls_offset = NO_TLS_OFFSET;
 223 # endif
 224 #endif
 225
 226         SEND_EARLY_STDERR_DEBUG("Done scanning DYNAMIC section\n");
 227
 228 #if defined(PERFORM_BOOTSTRAP_GOT)
 229         SEND_EARLY_STDERR_DEBUG("About to do specific GOT bootstrap\n");
 230         /* some arches (like MIPS) we have to tweak the GOT before relocations */
 231         PERFORM_BOOTSTRAP_GOT(tpnt);
 232 #endif
 233
 234 #if !defined(PERFORM_BOOTSTRAP_GOT) || defined(__avr32__)
 235
 236         /* OK, now do the relocations.  We do not do a lazy binding here, so
 237            that once we are done, we have considerably more flexibility. */
 238         SEND_EARLY_STDERR_DEBUG("About to do library loader relocations\n");
 239
 240         {
 241                 int indx;
 242 #if defined(ELF_MACHINE_PLTREL_OVERLAP)
 243 # define INDX_MAX 1
 244 #else
 245 # define INDX_MAX 2
 246 #endif
 247                 for (indx = 0; indx < INDX_MAX; indx++) {
 248                         unsigned long rel_addr, rel_size;
 249                         ElfW(Word) relative_count = tpnt->dynamic_info[DT_RELCONT_IDX];
 250
 251                         rel_addr = (indx ? tpnt->dynamic_info[DT_JMPREL] :
 252                                            tpnt->dynamic_info[DT_RELOC_TABLE_ADDR]);
 253                         rel_size = (indx ? tpnt->dynamic_info[DT_PLTRELSZ] :
 254                                            tpnt->dynamic_info[DT_RELOC_TABLE_SIZE]);
 255
 256                         if (!rel_addr)
 257                                 continue;
 258
 259                         if (!indx && relative_count) {
 260                                 rel_size -= relative_count * sizeof(ELF_RELOC);
 261                                 elf_machine_relative(load_addr, rel_addr, relative_count);
 262                                 rel_addr += relative_count * sizeof(ELF_RELOC);
 263                         }
 264
 265                         /*
 266                          * Since ldso is linked with -Bsymbolic, all relocs should be RELATIVE.  All archs
 267                          * that need bootstrap relocations need to define ARCH_NEEDS_BOOTSTRAP_RELOCS.
 268                          */
 269 #ifdef ARCH_NEEDS_BOOTSTRAP_RELOCS
 270                         {
 271                                 ELF_RELOC *rpnt;
 272                                 unsigned int i;
 273                                 ElfW(Sym) *sym;
 274                                 unsigned long symbol_addr;
 275                                 int symtab_index;
 276                                 unsigned long *reloc_addr;
 277
 278                                 /* Now parse the relocation information */
 279                                 rpnt = (ELF_RELOC *) rel_addr;
 280                                 for (i = 0; i < rel_size; i += sizeof(ELF_RELOC), rpnt++) {
 281                                         reloc_addr = (unsigned long *) DL_RELOC_ADDR(load_addr, (unsigned long)rpnt->r_offset);
 282                                         symtab_index = ELF_R_SYM(rpnt->r_info);
 283                                         symbol_addr = 0;
 284                                         sym = NULL;
 285                                         if (symtab_index) {
 286                                                 char *strtab;
 287                                                 ElfW(Sym) *symtab;
 288
 289                                                 symtab = (ElfW(Sym) *) tpnt->dynamic_info[DT_SYMTAB];
 290                                                 strtab = (char *) tpnt->dynamic_info[DT_STRTAB];
 291                                                 sym = &symtab[symtab_index];
 292                                                 symbol_addr = (unsigned long) DL_RELOC_ADDR(load_addr, sym->st_value);
 293 #if !defined(EARLY_STDERR_SPECIAL)
 294                                                 SEND_STDERR_DEBUG("relocating symbol: ");
 295                                                 SEND_STDERR_DEBUG(strtab + sym->st_name);
 296                                                 SEND_STDERR_DEBUG("\n");
 297 #endif
 298                                         } else {
 299                                                 SEND_STDERR_DEBUG("relocating unknown symbol\n");
 300                                         }
 301                                         /* Use this machine-specific macro to perform the actual relocation.  */
 302                                         PERFORM_BOOTSTRAP_RELOC(rpnt, reloc_addr, symbol_addr, load_addr, sym);
 303                                 }
 304                         }
 305 #else /* ARCH_NEEDS_BOOTSTRAP_RELOCS */
 306                         if (rel_size) {
 307                                 SEND_EARLY_STDERR("Cannot continue, found non relative relocs during the bootstrap.\n");
 308                                 _dl_exit(14);
 309                         }
 310 #endif
 311                 }
 312         }
 313 #endif
 314
 315         SEND_STDERR_DEBUG("Done relocating ldso; we can now use globals and make function calls!\n");
 316
 317         /* Now we have done the mandatory linking of some things.  We are now
 318            free to start using global variables, since these things have all been
 319            fixed up by now.  Still no function calls outside of this library,
 320            since the dynamic resolver is not yet ready. */
 321
 322         __rtld_stack_end = (void *)(argv - 1);
 323
 324         _dl_get_ready_to_run(tpnt, load_addr, auxvt, envp, argv
 325                              DL_GET_READY_TO_RUN_EXTRA_ARGS);
 326
 327         /* Transfer control to the application.  */
 328         SEND_STDERR_DEBUG("transfering control to application @ ");
 329         _dl_elf_main = (int (*)(int, char **, char **)) auxvt[AT_ENTRY].a_un.a_val;
 330         SEND_ADDRESS_STDERR_DEBUG(_dl_elf_main, 1);
 331
 332 #if !defined(START)
 333         return _dl_elf_main;
 334 #else
 335         START();
 336 #endif
 337 }