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) 2000-2004 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 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...N]     program args (pointers)
 107         argv[argc-1]    end of args (integer)
 108         NULL
 109         env[0...N]      environment variables (pointers)
 110         NULL
 111         auxvt[0...N]   Auxiliary Vector Table elements (mixed types)
 112 */
 113 static void * __attribute_used__ _dl_start(unsigned long args)
 114 {
 115         unsigned int argc;
 116         char **argv, **envp;
 117         unsigned long load_addr;
 118         ElfW(Addr) got;
 119         unsigned long *aux_dat;
 120         ElfW(Ehdr) *header;
 121         struct elf_resolve tpnt_tmp;
 122         struct elf_resolve *tpnt = &tpnt_tmp;
 123         ElfW(auxv_t) auxvt[AT_EGID + 1];
 124         ElfW(Dyn) *dpnt;
 125
 126         /* WARNING! -- we cannot make _any_ funtion 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         SEND_STDERR_DEBUG("argc=");
 140         SEND_NUMBER_STDERR(argc, 0);
 141         SEND_STDERR_DEBUG(" argv=");
 142         SEND_ADDRESS_STDERR_DEBUG(argv, 0);
 143         SEND_STDERR_DEBUG(" envp=");
 144         SEND_ADDRESS_STDERR_DEBUG(envp, 1);
 145         while (*aux_dat)
 146                 aux_dat++;                              /* Skip over the envp pointers */
 147         aux_dat++;                                      /* Skip over NULL at end of envp */
 148
 149         /* Place -1 here as a checkpoint.  We later check if it was changed
 150          * when we read in the auxvt */
 151         auxvt[AT_UID].a_type = -1;
 152
 153         /* The junk on the stack immediately following the environment is
 154          * the Auxiliary Vector Table.  Read out the elements of the auxvt,
 155          * sort and store them in auxvt for later use. */
 156         while (*aux_dat) {
 157                 ElfW(auxv_t) *auxv_entry = (ElfW(auxv_t) *) aux_dat;
 158
 159                 if (auxv_entry->a_type <= AT_EGID) {
 160                         _dl_memcpy(&(auxvt[auxv_entry->a_type]), auxv_entry, sizeof(ElfW(auxv_t)));
 161                 }
 162                 aux_dat += 2;
 163         }
 164
 165         /* locate the ELF header.   We need this done as soon as possible
 166          * (esp since SEND_STDERR() needs this on some platforms... */
 167         if (!auxvt[AT_BASE].a_un.a_val)
 168                 auxvt[AT_BASE].a_un.a_val = elf_machine_load_address();
 169         load_addr = auxvt[AT_BASE].a_un.a_val;
 170         header = (ElfW(Ehdr) *) auxvt[AT_BASE].a_un.a_val;
 171
 172         /* Check the ELF header to make sure everything looks ok.  */
 173         if (!header || header->e_ident[EI_CLASS] != ELF_CLASS ||
 174                         header->e_ident[EI_VERSION] != EV_CURRENT
 175                         /* Do not use an inline _dl_strncmp here or some arches
 176                         * will blow chunks, i.e. those that need to relocate all
 177                         * string constants... */
 178                         || header->e_ident[EI_MAG0] != ELFMAG0
 179                         || header->e_ident[EI_MAG1] != ELFMAG1
 180                         || header->e_ident[EI_MAG2] != ELFMAG2
 181                         || header->e_ident[EI_MAG3] != ELFMAG3)
 182         {
 183                 SEND_STDERR("Invalid ELF header\n");
 184                 _dl_exit(0);
 185         }
 186         SEND_STDERR_DEBUG("ELF header=");
 187         SEND_ADDRESS_STDERR_DEBUG(load_addr, 1);
 188
 189         /* Locate the global offset table.  Since this code must be PIC
 190          * we can take advantage of the magic offset register, if we
 191          * happen to know what that is for this architecture.  If not,
 192          * we can always read stuff out of the ELF file to find it... */
 193         got = elf_machine_dynamic();
 194         dpnt = (ElfW(Dyn) *) (got + load_addr);
 195         SEND_STDERR_DEBUG("First Dynamic section entry=");
 196         SEND_ADDRESS_STDERR_DEBUG(dpnt, 1);
 197         _dl_memset(tpnt, 0, sizeof(struct elf_resolve));
 198         tpnt->loadaddr = load_addr;
 199         /* OK, that was easy.  Next scan the DYNAMIC section of the image.
 200            We are only doing ourself right now - we will have to do the rest later */
 201         SEND_STDERR_DEBUG("Scanning DYNAMIC section ... ");
 202         tpnt->dynamic_addr = dpnt;
 203 #if defined(NO_FUNCS_BEFORE_BOOTSTRAP)
 204         /* Some architectures cannot call functions here, must inline */
 205         __dl_parse_dynamic_info(dpnt, tpnt->dynamic_info, NULL, load_addr);
 206 #else
 207         _dl_parse_dynamic_info(dpnt, tpnt->dynamic_info, NULL, load_addr);
 208 #endif
 209
 210         SEND_STDERR_DEBUG("DONE !\n");
 211
 212 #if defined(PERFORM_BOOTSTRAP_GOT)
 213
 214         SEND_STDERR_DEBUG("About to do specific GOT bootstrap\n");
 215         /* some arches (like MIPS) we have to tweak the GOT before relocations */
 216         PERFORM_BOOTSTRAP_GOT(tpnt);
 217
 218 #else
 219
 220         /* OK, now do the relocations.  We do not do a lazy binding here, so
 221            that once we are done, we have considerably more flexibility. */
 222         SEND_STDERR_DEBUG("About to do library loader relocations\n");
 223
 224         {
 225                 int goof, indx;
 226 #ifdef  ELF_MACHINE_PLTREL_OVERLAP
 227 # define INDX_MAX 1
 228 #else
 229 # define INDX_MAX 2
 230 #endif
 231                 goof = 0;
 232                 for (indx = 0; indx < INDX_MAX; indx++) {
 233                         unsigned int i;
 234                         unsigned long *reloc_addr;
 235                         unsigned long symbol_addr;
 236                         int symtab_index;
 237                         ElfW(Sym) *sym;
 238                         ELF_RELOC *rpnt;
 239                         unsigned long rel_addr, rel_size;
 240                         ElfW(Word) relative_count = tpnt->dynamic_info[DT_RELCONT_IDX];
 241
 242                         rel_addr = (indx ? tpnt->dynamic_info[DT_JMPREL] : tpnt->
 243                                         dynamic_info[DT_RELOC_TABLE_ADDR]);
 244                         rel_size = (indx ? tpnt->dynamic_info[DT_PLTRELSZ] : tpnt->
 245                                         dynamic_info[DT_RELOC_TABLE_SIZE]);
 246
 247                         if (!rel_addr)
 248                                 continue;
 249
 250                         /* Now parse the relocation information */
 251                         /* Since ldso is linked with -Bsymbolic, all relocs will be RELATIVE(for those archs that have
 252                            RELATIVE relocs) which means that the for(..) loop below has noting to do and can be deleted.
 253                            Possibly one should add a HAVE_RELATIVE_RELOCS directive and #ifdef away some code. */
 254                         if (!indx && relative_count) {
 255                                 rel_size -= relative_count * sizeof(ELF_RELOC);
 256                                 elf_machine_relative (load_addr, rel_addr, relative_count);
 257                                 rel_addr += relative_count * sizeof(ELF_RELOC);;
 258                         }
 259
 260                         rpnt = (ELF_RELOC *) (rel_addr + load_addr);
 261                         for (i = 0; i < rel_size; i += sizeof(ELF_RELOC), rpnt++) {
 262                                 reloc_addr = (unsigned long *) (load_addr + (unsigned long) rpnt->r_offset);
 263                                 symtab_index = ELF_R_SYM(rpnt->r_info);
 264                                 symbol_addr = 0;
 265                                 sym = NULL;
 266                                 if (symtab_index) {
 267                                         char *strtab;
 268                                         ElfW(Sym) *symtab;
 269
 270                                         symtab = (ElfW(Sym) *) tpnt->dynamic_info[DT_SYMTAB];
 271                                         strtab = (char *) tpnt->dynamic_info[DT_STRTAB];
 272                                         sym = &symtab[symtab_index];
 273                                         symbol_addr = load_addr + sym->st_value;
 274
 275                                         SEND_STDERR_DEBUG("relocating symbol: ");
 276                                         SEND_STDERR_DEBUG(strtab + sym->st_name);
 277                                         SEND_STDERR_DEBUG("\n");
 278                                 }
 279                                 /* Use this machine-specific macro to perform the actual relocation.  */
 280                                 PERFORM_BOOTSTRAP_RELOC(rpnt, reloc_addr, symbol_addr, load_addr, sym);
 281                         }
 282                 }
 283
 284                 if (goof) {
 285                         _dl_exit(14);
 286                 }
 287         }
 288 #endif
 289
 290         /* Wahoo!!! */
 291         SEND_STDERR_DEBUG("Done relocating library loader, so we can now\n"
 292                         "\tuse globals and make function calls!\n");
 293
 294         /* Now we have done the mandatory linking of some things.  We are now
 295            free to start using global variables, since these things have all been
 296            fixed up by now.  Still no function calls outside of this library ,
 297            since the dynamic resolver is not yet ready. */
 298
 299         __rtld_stack_end = (void *)args; /* Needs to be after ld.so self relocation */
 300         if (*((long *)__rtld_stack_end) != argc) {
 301                 SEND_STDERR_DEBUG("__rtld_stack_end doesn't point to argc!");
 302         }
 303         _dl_get_ready_to_run(tpnt, load_addr, auxvt, envp, argv);
 304
 305
 306         /* Transfer control to the application.  */
 307         SEND_STDERR_DEBUG("transfering control to application\n");
 308         _dl_elf_main = (int (*)(int, char **, char **)) auxvt[AT_ENTRY].a_un.a_val;
 309         START();
 310 }