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  * dynamically linked.  This means that we cannot access any global variables
  36  * or 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 the stack which is provided
  59  * to us by the kernel, and which includes information about the address
  60  * that the program interpreter was loaded at, the number of sections, the
  61  * address the application was loaded at, and so forth.  Here this information
  62  * is stored in the array auxvt.  For details see linux/fs/binfmt_elf.c where
  63  * it calls NEW_AUX_ENT() a bunch of times....
  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 #ifdef __LDSO_PRELINK_SUPPORT__
  98 /* These defined magically in the linker script.  */
  99 extern char _begin[] attribute_hidden;
 100 #endif
 101
 102 /* Static declarations */
 103 static int (*_dl_elf_main) (int, char **, char **);
 104
 105 static void* __rtld_stack_end; /* Points to argc on stack, e.g *((long *)__rtld_stackend) == argc */
 106 strong_alias(__rtld_stack_end, __libc_stack_end) /* Exported version of __rtld_stack_end */
 107
 108 /* When we enter this piece of code, the program stack looks like this:
 109         argc            argument counter (integer)
 110         argv[0]         program name (pointer)
 111         argv[1..argc-1] program args (pointers)
 112         NULL
 113         env[0...N]      environment variables (pointers)
 114         NULL
 115         auxvt[0...N]   Auxiliary Vector Table elements (mixed types)
 116 */
 117 DL_START(unsigned long args)
 118 {
 119         unsigned int argc;
 120         char **argv, **envp;
 121         DL_LOADADDR_TYPE load_addr;
 122         ElfW(Addr) got;
 123         unsigned long *aux_dat;
 124         ElfW(Ehdr) *header;
 125         struct elf_resolve tpnt_tmp;
 126         struct elf_resolve *tpnt = &tpnt_tmp;
 127         ElfW(auxv_t) auxvt[AT_EGID + 1];
 128         ElfW(Dyn) *dpnt;
 129         uint32_t  *p32;
 130
 131         /* WARNING! -- we cannot make _any_ function calls until we have
 132          * taken care of fixing up our own relocations.  Making static
 133          * inline calls is ok, but _no_ function calls.  Not yet
 134          * anyways. */
 135
 136         /* First obtain the information on the stack that tells us more about
 137            what binary is loaded, where it is loaded, etc, etc */
 138         GET_ARGV(aux_dat, args);
 139         argc = aux_dat[-1];
 140         argv = (char **) aux_dat;
 141         aux_dat += argc;                        /* Skip over the argv pointers */
 142         aux_dat++;                                      /* Skip over NULL at end of argv */
 143         envp = (char **) aux_dat;
 144 #if !defined(NO_EARLY_SEND_STDERR)
 145         SEND_EARLY_STDERR_DEBUG("argc=");
 146         SEND_NUMBER_STDERR_DEBUG(argc, 0);
 147         SEND_EARLY_STDERR_DEBUG(" argv=");
 148         SEND_ADDRESS_STDERR_DEBUG(argv, 0);
 149         SEND_EARLY_STDERR_DEBUG(" envp=");
 150         SEND_ADDRESS_STDERR_DEBUG(envp, 1);
 151 #endif
 152         while (*aux_dat)
 153                 aux_dat++;                              /* Skip over the envp pointers */
 154         aux_dat++;                                      /* Skip over NULL at end of envp */
 155
 156         /* Place -1 here as a checkpoint.  We later check if it was changed
 157          * when we read in the auxvt */
 158         auxvt[AT_UID].a_type = -1;
 159
 160         /* The junk on the stack immediately following the environment is
 161          * the Auxiliary Vector Table.  Read out the elements of the auxvt,
 162          * sort and store them in auxvt for later use. */
 163         while (*aux_dat) {
 164                 ElfW(auxv_t) *auxv_entry = (ElfW(auxv_t) *) aux_dat;
 165
 166                 if (auxv_entry->a_type <= AT_EGID) {
 167                         _dl_memcpy(&(auxvt[auxv_entry->a_type]), auxv_entry, sizeof(ElfW(auxv_t)));
 168                 }
 169                 aux_dat += 2;
 170         }
 171
 172         /*
 173          * Locate the dynamic linker ELF header. We need this done as soon as
 174          * possible (esp since SEND_STDERR() needs this on some platforms...
 175          */
 176
 177 #ifdef __LDSO_PRELINK_SUPPORT__
 178         /*
 179          * The `_begin' symbol created by the linker script points to ld.so ELF
 180          * We use it if the kernel is not passing a valid address through the auxvt.
 181          */
 182
 183         if (!auxvt[AT_BASE].a_un.a_val)
 184                 auxvt[AT_BASE].a_un.a_val =  (Elf32_Addr) &_begin;
 185         /* Note: if the dynamic linker itself is prelinked, the load_addr is 0 */
 186         DL_INIT_LOADADDR_BOOT(load_addr, elf_machine_load_address());
 187 #else
 188         if (!auxvt[AT_BASE].a_un.a_val)
 189                 auxvt[AT_BASE].a_un.a_val = elf_machine_load_address();
 190         DL_INIT_LOADADDR_BOOT(load_addr, auxvt[AT_BASE].a_un.a_val);
 191 #endif
 192         header = (ElfW(Ehdr) *) auxvt[AT_BASE].a_un.a_val;
 193
 194         /* Check the ELF header to make sure everything looks ok.  */
 195         if (!header || header->e_ident[EI_CLASS] != ELF_CLASS ||
 196                         header->e_ident[EI_VERSION] != EV_CURRENT
 197                         /* Do not use an inline _dl_strncmp here or some arches
 198                         * will blow chunks, i.e. those that need to relocate all
 199                         * string constants... */
 200                         || *(p32 = (uint32_t*)&header->e_ident) != ELFMAG_U32
 201         ) {
 202                 SEND_EARLY_STDERR("Invalid ELF header\n");
 203                 _dl_exit(0);
 204         }
 205         SEND_EARLY_STDERR_DEBUG("ELF header=");
 206         SEND_ADDRESS_STDERR_DEBUG(DL_LOADADDR_BASE(header), 1);
 207
 208         /* Locate the global offset table.  Since this code must be PIC
 209          * we can take advantage of the magic offset register, if we
 210          * happen to know what that is for this architecture.  If not,
 211          * we can always read stuff out of the ELF file to find it... */
 212         DL_BOOT_COMPUTE_GOT(got);
 213
 214         /* Now, finally, fix up the location of the dynamic stuff */
 215         DL_BOOT_COMPUTE_DYN(dpnt, got, (DL_LOADADDR_TYPE)header);
 216
 217         SEND_EARLY_STDERR_DEBUG("First Dynamic section entry=");
 218         SEND_ADDRESS_STDERR_DEBUG(dpnt, 1);
 219         _dl_memset(tpnt, 0, sizeof(struct elf_resolve));
 220         tpnt->loadaddr = load_addr;
 221         /* OK, that was easy.  Next scan the DYNAMIC section of the image.
 222            We are only doing ourself right now - we will have to do the rest later */
 223         SEND_EARLY_STDERR_DEBUG("Scanning DYNAMIC section\n");
 224         tpnt->dynamic_addr = dpnt;
 225 #if defined(NO_FUNCS_BEFORE_BOOTSTRAP)
 226         /* Some architectures cannot call functions here, must inline */
 227         __dl_parse_dynamic_info(dpnt, tpnt->dynamic_info, NULL, load_addr);
 228 #else
 229         _dl_parse_dynamic_info(dpnt, tpnt->dynamic_info, NULL, load_addr);
 230 #endif
 231
 232         /*
 233          * BIG ASSUMPTION: We assume that the dynamic loader does not
 234          *                 have any TLS data itself. If this ever occurs
 235          *                 more work than what is done below for the
 236          *                 loader will have to happen.
 237          */
 238 #if defined(USE_TLS) && USE_TLS
 239         /* This was done by _dl_memset above. */
 240         /* tpnt->l_tls_modid = 0; */
 241 # if NO_TLS_OFFSET != 0
 242         tpnt->l_tls_offset = NO_TLS_OFFSET;
 243 # endif
 244 #endif
 245
 246         SEND_EARLY_STDERR_DEBUG("Done scanning DYNAMIC section\n");
 247
 248 #if defined(PERFORM_BOOTSTRAP_GOT)
 249         SEND_EARLY_STDERR_DEBUG("About to do specific GOT bootstrap\n");
 250         /* some arches (like MIPS) we have to tweak the GOT before relocations */
 251         PERFORM_BOOTSTRAP_GOT(tpnt);
 252 #endif
 253
 254 #if !defined(PERFORM_BOOTSTRAP_GOT) || defined(__avr32__)
 255
 256         /* OK, now do the relocations.  We do not do a lazy binding here, so
 257            that once we are done, we have considerably more flexibility. */
 258         SEND_EARLY_STDERR_DEBUG("About to do library loader relocations\n");
 259
 260         {
 261                 int indx;
 262 #if defined(ELF_MACHINE_PLTREL_OVERLAP)
 263 # define INDX_MAX 1
 264 #else
 265 # define INDX_MAX 2
 266 #endif
 267                 for (indx = 0; indx < INDX_MAX; indx++) {
 268                         unsigned long rel_addr, rel_size;
 269                         ElfW(Word) relative_count = tpnt->dynamic_info[DT_RELCONT_IDX];
 270
 271                         rel_addr = (indx ? tpnt->dynamic_info[DT_JMPREL] :
 272                                            tpnt->dynamic_info[DT_RELOC_TABLE_ADDR]);
 273                         rel_size = (indx ? tpnt->dynamic_info[DT_PLTRELSZ] :
 274                                            tpnt->dynamic_info[DT_RELOC_TABLE_SIZE]);
 275
 276                         if (!rel_addr)
 277                                 continue;
 278
 279                         if (!indx && relative_count) {
 280                                 rel_size -= relative_count * sizeof(ELF_RELOC);
 281                                 if (load_addr
 282 #ifdef __LDSO_PRELINK_SUPPORT__
 283                                         || !tpnt->dynamic_info[DT_GNU_PRELINKED_IDX]
 284 #endif
 285                                         )
 286                                         elf_machine_relative(load_addr, rel_addr, relative_count);
 287                                 rel_addr += relative_count * sizeof(ELF_RELOC);
 288                         }
 289
 290                         /*
 291                          * Since ldso is linked with -Bsymbolic, all relocs should be RELATIVE.  All archs
 292                          * that need bootstrap relocations need to define ARCH_NEEDS_BOOTSTRAP_RELOCS.
 293                          */
 294 #ifdef ARCH_NEEDS_BOOTSTRAP_RELOCS
 295                         {
 296                                 ELF_RELOC *rpnt;
 297                                 unsigned int i;
 298                                 ElfW(Sym) *sym;
 299                                 unsigned long symbol_addr;
 300                                 int symtab_index;
 301                                 unsigned long *reloc_addr;
 302
 303                                 /* Now parse the relocation information */
 304                                 rpnt = (ELF_RELOC *) rel_addr;
 305                                 for (i = 0; i < rel_size; i += sizeof(ELF_RELOC), rpnt++) {
 306                                         reloc_addr = (unsigned long *) DL_RELOC_ADDR(load_addr, (unsigned long)rpnt->r_offset);
 307                                         symtab_index = ELF_R_SYM(rpnt->r_info);
 308                                         symbol_addr = 0;
 309                                         sym = NULL;
 310                                         if (symtab_index) {
 311                                                 char *strtab;
 312                                                 ElfW(Sym) *symtab;
 313
 314                                                 symtab = (ElfW(Sym) *) tpnt->dynamic_info[DT_SYMTAB];
 315                                                 strtab = (char *) tpnt->dynamic_info[DT_STRTAB];
 316                                                 sym = &symtab[symtab_index];
 317                                                 symbol_addr = (unsigned long) DL_RELOC_ADDR(load_addr, sym->st_value);
 318 #if !defined(EARLY_STDERR_SPECIAL)
 319                                                 SEND_STDERR_DEBUG("relocating symbol: ");
 320                                                 SEND_STDERR_DEBUG(strtab + sym->st_name);
 321                                                 SEND_STDERR_DEBUG("\n");
 322 #endif
 323                                         } else {
 324                                                 SEND_STDERR_DEBUG("relocating unknown symbol\n");
 325                                         }
 326                                         /* Use this machine-specific macro to perform the actual relocation.  */
 327                                         PERFORM_BOOTSTRAP_RELOC(rpnt, reloc_addr, symbol_addr, load_addr, sym);
 328                                 }
 329                         }
 330 #else /* ARCH_NEEDS_BOOTSTRAP_RELOCS */
 331                         if (rel_size) {
 332                                 SEND_EARLY_STDERR("Cannot continue, found non relative relocs during the bootstrap.\n");
 333                                 _dl_exit(14);
 334                         }
 335 #endif
 336                 }
 337         }
 338 #endif
 339
 340         SEND_STDERR_DEBUG("Done relocating ldso; we can now use globals and make function calls!\n");
 341
 342         /* Now we have done the mandatory linking of some things.  We are now
 343            free to start using global variables, since these things have all been
 344            fixed up by now.  Still no function calls outside of this library,
 345            since the dynamic resolver is not yet ready. */
 346
 347         __rtld_stack_end = (void *)(argv - 1);
 348
 349         _dl_elf_main = (int (*)(int, char **, char **))
 350                         _dl_get_ready_to_run(tpnt, (DL_LOADADDR_TYPE) header, auxvt, envp, argv
 351                                              DL_GET_READY_TO_RUN_EXTRA_ARGS);
 352
 353         /* Transfer control to the application.  */
 354         SEND_STDERR_DEBUG("transfering control to application @ ");
 355         SEND_ADDRESS_STDERR_DEBUG(_dl_elf_main, 1);
 356
 357 #if !defined(START)
 358         return _dl_elf_main;
 359 #else
 360         START();
 361 #endif
 362 }