linker/linker_main.cpp

   1 /*
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  27  */
  28
  29 #include "linker_main.h"
  30
  31 #include "linker_debug.h"
  32 #include "linker_cfi.h"
  33 #include "linker_gdb_support.h"
  34 #include "linker_globals.h"
  35 #include "linker_phdr.h"
  36 #include "linker_utils.h"
  37
  38 #include "private/bionic_globals.h"
  39 #include "private/bionic_tls.h"
  40 #include "private/KernelArgumentBlock.h"
  41
  42 #include "android-base/strings.h"
  43 #include "android-base/stringprintf.h"
  44 #ifdef __ANDROID__
  45 #include "debuggerd/handler.h"
  46 #endif
  47
  48 #include <async_safe/log.h>
  49
  50 #include <vector>
  51
  52 extern void __libc_init_globals(KernelArgumentBlock&);
  53 extern void __libc_init_AT_SECURE(KernelArgumentBlock&);
  54
  55 extern "C" void _start();
  56
  57 static ElfW(Addr) get_elf_exec_load_bias(const ElfW(Ehdr)* elf);
  58
  59 // These should be preserved static to avoid emitting
  60 // RELATIVE relocations for the part of the code running
  61 // before linker links itself.
  62
  63 // TODO (dimtiry): remove somain, rename solist to solist_head
  64 static soinfo* solist;
  65 static soinfo* sonext;
  66 static soinfo* somain; // main process, always the one after libdl_info
  67
  68 void solist_add_soinfo(soinfo* si) {
  69   sonext->next = si;
  70   sonext = si;
  71 }
  72
  73 bool solist_remove_soinfo(soinfo* si) {
  74   soinfo *prev = nullptr, *trav;
  75   for (trav = solist; trav != nullptr; trav = trav->next) {
  76     if (trav == si) {
  77       break;
  78     }
  79     prev = trav;
  80   }
  81
  82   if (trav == nullptr) {
  83     // si was not in solist
  84     PRINT("name \"%s\"@%p is not in solist!", si->get_realpath(), si);
  85     return false;
  86   }
  87
  88   // prev will never be null, because the first entry in solist is
  89   // always the static libdl_info.
  90   prev->next = si->next;
  91   if (si == sonext) {
  92     sonext = prev;
  93   }
  94
  95   return true;
  96 }
  97
  98 soinfo* solist_get_head() {
  99   return solist;
 100 }
 101
 102 soinfo* solist_get_somain() {
 103   return somain;
 104 }
 105
 106 int g_ld_debug_verbosity;
 107 abort_msg_t* g_abort_message = nullptr; // For debuggerd.
 108
 109 static std::vector<std::string> g_ld_preload_names;
 110
 111 static std::vector<soinfo*> g_ld_preloads;
 112
 113 static void parse_path(const char* path, const char* delimiters,
 114                        std::vector<std::string>* resolved_paths) {
 115   std::vector<std::string> paths;
 116   split_path(path, delimiters, &paths);
 117   resolve_paths(paths, resolved_paths);
 118 }
 119
 120 static void parse_LD_LIBRARY_PATH(const char* path) {
 121   std::vector<std::string> ld_libary_paths;
 122   parse_path(path, ":", &ld_libary_paths);
 123   g_default_namespace.set_ld_library_paths(std::move(ld_libary_paths));
 124 }
 125
 126 static void parse_LD_PRELOAD(const char* path) {
 127   g_ld_preload_names.clear();
 128   if (path != nullptr) {
 129     // We have historically supported ':' as well as ' ' in LD_PRELOAD.
 130     g_ld_preload_names = android::base::Split(path, " :");
 131     std::remove_if(g_ld_preload_names.begin(),
 132                    g_ld_preload_names.end(),
 133                    [] (const std::string& s) { return s.empty(); });
 134   }
 135 }
 136
 137 // An empty list of soinfos
 138 static soinfo_list_t g_empty_list;
 139
 140 static void add_vdso(KernelArgumentBlock& args __unused) {
 141 #if defined(AT_SYSINFO_EHDR)
 142   ElfW(Ehdr)* ehdr_vdso = reinterpret_cast<ElfW(Ehdr)*>(args.getauxval(AT_SYSINFO_EHDR));
 143   if (ehdr_vdso == nullptr) {
 144     return;
 145   }
 146
 147   soinfo* si = soinfo_alloc(&g_default_namespace, "[vdso]", nullptr, 0, 0);
 148
 149   si->phdr = reinterpret_cast<ElfW(Phdr)*>(reinterpret_cast<char*>(ehdr_vdso) + ehdr_vdso->e_phoff);
 150   si->phnum = ehdr_vdso->e_phnum;
 151   si->base = reinterpret_cast<ElfW(Addr)>(ehdr_vdso);
 152   si->size = phdr_table_get_load_size(si->phdr, si->phnum);
 153   si->load_bias = get_elf_exec_load_bias(ehdr_vdso);
 154
 155   si->prelink_image();
 156   si->link_image(g_empty_list, soinfo_list_t::make_list(si), nullptr);
 157 #endif
 158 }
 159
 160 /* gdb expects the linker to be in the debug shared object list.
 161  * Without this, gdb has trouble locating the linker's ".text"
 162  * and ".plt" sections. Gdb could also potentially use this to
 163  * relocate the offset of our exported 'rtld_db_dlactivity' symbol.
 164  * Note that the linker shouldn't be on the soinfo list.
 165  */
 166 static link_map linker_link_map;
 167
 168 static void init_linker_info_for_gdb(ElfW(Addr) linker_base, char* linker_path) {
 169   linker_link_map.l_addr = linker_base;
 170   linker_link_map.l_name = linker_path;
 171
 172   /*
 173    * Set the dynamic field in the link map otherwise gdb will complain with
 174    * the following:
 175    *   warning: .dynamic section for "/system/bin/linker" is not at the
 176    *   expected address (wrong library or version mismatch?)
 177    */
 178   ElfW(Ehdr)* elf_hdr = reinterpret_cast<ElfW(Ehdr)*>(linker_base);
 179   ElfW(Phdr)* phdr = reinterpret_cast<ElfW(Phdr)*>(linker_base + elf_hdr->e_phoff);
 180   phdr_table_get_dynamic_section(phdr, elf_hdr->e_phnum, linker_base,
 181                                  &linker_link_map.l_ld, nullptr);
 182
 183 }
 184
 185 extern "C" int __system_properties_init(void);
 186
 187 static const char* get_executable_path() {
 188   static std::string executable_path;
 189   if (executable_path.empty()) {
 190     char path[PATH_MAX];
 191     ssize_t path_len = readlink("/proc/self/exe", path, sizeof(path));
 192     if (path_len == -1 || path_len >= static_cast<ssize_t>(sizeof(path))) {
 193       async_safe_fatal("readlink('/proc/self/exe') failed: %s", strerror(errno));
 194     }
 195     executable_path = std::string(path, path_len);
 196   }
 197
 198   return executable_path.c_str();
 199 }
 200
 201 #if defined(__LP64__)
 202 static char kLinkerPath[] = "/system/bin/linker64";
 203 #else
 204 static char kLinkerPath[] = "/system/bin/linker";
 205 #endif
 206
 207 /*
 208  * This code is called after the linker has linked itself and
 209  * fixed it's own GOT. It is safe to make references to externs
 210  * and other non-local data at this point.
 211  */
 212 static ElfW(Addr) __linker_init_post_relocation(KernelArgumentBlock& args) {
 213   ProtectedDataGuard guard;
 214
 215 #if TIMING
 216   struct timeval t0, t1;
 217   gettimeofday(&t0, 0);
 218 #endif
 219
 220   // Sanitize the environment.
 221   __libc_init_AT_SECURE(args);
 222
 223   // Initialize system properties
 224   __system_properties_init(); // may use 'environ'
 225
 226   // Register the debuggerd signal handler.
 227 #ifdef __ANDROID__
 228   debuggerd_callbacks_t callbacks = {
 229     .get_abort_message = []() {
 230       return g_abort_message;
 231     },
 232     .post_dump = &notify_gdb_of_libraries,
 233   };
 234   debuggerd_init(&callbacks);
 235 #endif
 236
 237   g_linker_logger.ResetState();
 238
 239   // Get a few environment variables.
 240   const char* LD_DEBUG = getenv("LD_DEBUG");
 241   if (LD_DEBUG != nullptr) {
 242     g_ld_debug_verbosity = atoi(LD_DEBUG);
 243   }
 244
 245 #if defined(__LP64__)
 246   INFO("[ Android dynamic linker (64-bit) ]");
 247 #else
 248   INFO("[ Android dynamic linker (32-bit) ]");
 249 #endif
 250
 251   // These should have been sanitized by __libc_init_AT_SECURE, but the test
 252   // doesn't cost us anything.
 253   const char* ldpath_env = nullptr;
 254   const char* ldpreload_env = nullptr;
 255   if (!getauxval(AT_SECURE)) {
 256     ldpath_env = getenv("LD_LIBRARY_PATH");
 257     if (ldpath_env != nullptr) {
 258       INFO("[ LD_LIBRARY_PATH set to \"%s\" ]", ldpath_env);
 259     }
 260     ldpreload_env = getenv("LD_PRELOAD");
 261     if (ldpreload_env != nullptr) {
 262       INFO("[ LD_PRELOAD set to \"%s\" ]", ldpreload_env);
 263     }
 264   }
 265
 266   struct stat file_stat;
 267   // Stat "/proc/self/exe" instead of executable_path because
 268   // the executable could be unlinked by this point and it should
 269   // not cause a crash (see http://b/31084669)
 270   if (TEMP_FAILURE_RETRY(stat("/proc/self/exe", &file_stat)) != 0) {
 271     async_safe_fatal("unable to stat \"/proc/self/exe\": %s", strerror(errno));
 272   }
 273
 274   const char* executable_path = get_executable_path();
 275   soinfo* si = soinfo_alloc(&g_default_namespace, executable_path, &file_stat, 0, RTLD_GLOBAL);
 276   if (si == nullptr) {
 277     async_safe_fatal("Couldn't allocate soinfo: out of memory?");
 278   }
 279
 280   /* bootstrap the link map, the main exe always needs to be first */
 281   si->set_main_executable();
 282   link_map* map = &(si->link_map_head);
 283
 284   // Register the main executable and the linker upfront to have
 285   // gdb aware of them before loading the rest of the dependency
 286   // tree.
 287   map->l_addr = 0;
 288   map->l_name = const_cast<char*>(executable_path);
 289   insert_link_map_into_debug_map(map);
 290   insert_link_map_into_debug_map(&linker_link_map);
 291
 292   // Extract information passed from the kernel.
 293   si->phdr = reinterpret_cast<ElfW(Phdr)*>(args.getauxval(AT_PHDR));
 294   si->phnum = args.getauxval(AT_PHNUM);
 295
 296   /* Compute the value of si->base. We can't rely on the fact that
 297    * the first entry is the PHDR because this will not be true
 298    * for certain executables (e.g. some in the NDK unit test suite)
 299    */
 300   si->base = 0;
 301   si->size = phdr_table_get_load_size(si->phdr, si->phnum);
 302   si->load_bias = 0;
 303   for (size_t i = 0; i < si->phnum; ++i) {
 304     if (si->phdr[i].p_type == PT_PHDR) {
 305       si->load_bias = reinterpret_cast<ElfW(Addr)>(si->phdr) - si->phdr[i].p_vaddr;
 306       si->base = reinterpret_cast<ElfW(Addr)>(si->phdr) - si->phdr[i].p_offset;
 307       break;
 308     }
 309   }
 310   si->dynamic = nullptr;
 311
 312   ElfW(Ehdr)* elf_hdr = reinterpret_cast<ElfW(Ehdr)*>(si->base);
 313
 314   // We haven't supported non-PIE since Lollipop for security reasons.
 315   if (elf_hdr->e_type != ET_DYN) {
 316     // We don't use __libc_fatal here because we don't want a tombstone: it's
 317     // been several years now but we still find ourselves on app compatibility
 318     // investigations because some app's trying to launch an executable that
 319     // hasn't worked in at least three years, and we've "helpfully" dropped a
 320     // tombstone for them. The tombstone never provided any detail relevant to
 321     // fixing the problem anyway, and the utility of drawing extra attention
 322     // to the problem is non-existent at this late date.
 323     async_safe_format_fd(STDERR_FILENO,
 324                      "\"%s\": error: Android 5.0 and later only support "
 325                      "position-independent executables (-fPIE).\n",
 326                      g_argv[0]);
 327     exit(EXIT_FAILURE);
 328   }
 329
 330   // Use LD_LIBRARY_PATH and LD_PRELOAD (but only if we aren't setuid/setgid).
 331   parse_LD_LIBRARY_PATH(ldpath_env);
 332   parse_LD_PRELOAD(ldpreload_env);
 333
 334   somain = si;
 335
 336   init_default_namespace(executable_path);
 337
 338   if (!si->prelink_image()) {
 339     async_safe_fatal("CANNOT LINK EXECUTABLE \"%s\": %s", g_argv[0], linker_get_error_buffer());
 340   }
 341
 342   // add somain to global group
 343   si->set_dt_flags_1(si->get_dt_flags_1() | DF_1_GLOBAL);
 344
 345   // Load ld_preloads and dependencies.
 346   std::vector<const char*> needed_library_name_list;
 347   size_t ld_preloads_count = 0;
 348
 349   for (const auto& ld_preload_name : g_ld_preload_names) {
 350     needed_library_name_list.push_back(ld_preload_name.c_str());
 351     ++ld_preloads_count;
 352   }
 353
 354   for_each_dt_needed(si, [&](const char* name) {
 355     needed_library_name_list.push_back(name);
 356   });
 357
 358   const char** needed_library_names = &needed_library_name_list[0];
 359   size_t needed_libraries_count = needed_library_name_list.size();
 360
 361   if (needed_libraries_count > 0 &&
 362       !find_libraries(&g_default_namespace,
 363                       si,
 364                       needed_library_names,
 365                       needed_libraries_count,
 366                       nullptr,
 367                       &g_ld_preloads,
 368                       ld_preloads_count,
 369                       RTLD_GLOBAL,
 370                       nullptr,
 371                       true /* add_as_children */,
 372                       true /* search_linked_namespaces */)) {
 373     async_safe_fatal("CANNOT LINK EXECUTABLE \"%s\": %s", g_argv[0], linker_get_error_buffer());
 374   } else if (needed_libraries_count == 0) {
 375     if (!si->link_image(g_empty_list, soinfo_list_t::make_list(si), nullptr)) {
 376       async_safe_fatal("CANNOT LINK EXECUTABLE \"%s\": %s", g_argv[0], linker_get_error_buffer());
 377     }
 378     si->increment_ref_count();
 379   }
 380
 381   add_vdso(args);
 382
 383   if (!get_cfi_shadow()->InitialLinkDone(solist)) {
 384     async_safe_fatal("CANNOT LINK EXECUTABLE \"%s\": %s", g_argv[0], linker_get_error_buffer());
 385   }
 386
 387   si->call_pre_init_constructors();
 388
 389   /* After the prelink_image, the si->load_bias is initialized.
 390    * For so lib, the map->l_addr will be updated in notify_gdb_of_load.
 391    * We need to update this value for so exe here. So Unwind_Backtrace
 392    * for some arch like x86 could work correctly within so exe.
 393    */
 394   map->l_addr = si->load_bias;
 395   si->call_constructors();
 396
 397 #if TIMING
 398   gettimeofday(&t1, nullptr);
 399   PRINT("LINKER TIME: %s: %d microseconds", g_argv[0], (int) (
 400            (((long long)t1.tv_sec * 1000000LL) + (long long)t1.tv_usec) -
 401            (((long long)t0.tv_sec * 1000000LL) + (long long)t0.tv_usec)));
 402 #endif
 403 #if STATS
 404   PRINT("RELO STATS: %s: %d abs, %d rel, %d copy, %d symbol", g_argv[0],
 405          linker_stats.count[kRelocAbsolute],
 406          linker_stats.count[kRelocRelative],
 407          linker_stats.count[kRelocCopy],
 408          linker_stats.count[kRelocSymbol]);
 409 #endif
 410 #if COUNT_PAGES
 411   {
 412     unsigned n;
 413     unsigned i;
 414     unsigned count = 0;
 415     for (n = 0; n < 4096; n++) {
 416       if (bitmask[n]) {
 417         unsigned x = bitmask[n];
 418 #if defined(__LP64__)
 419         for (i = 0; i < 32; i++) {
 420 #else
 421         for (i = 0; i < 8; i++) {
 422 #endif
 423           if (x & 1) {
 424             count++;
 425           }
 426           x >>= 1;
 427         }
 428       }
 429     }
 430     PRINT("PAGES MODIFIED: %s: %d (%dKB)", g_argv[0], count, count * 4);
 431   }
 432 #endif
 433
 434 #if TIMING || STATS || COUNT_PAGES
 435   fflush(stdout);
 436 #endif
 437
 438   ElfW(Addr) entry = args.getauxval(AT_ENTRY);
 439   TRACE("[ Ready to execute \"%s\" @ %p ]", si->get_realpath(), reinterpret_cast<void*>(entry));
 440   return entry;
 441 }
 442
 443 /* Compute the load-bias of an existing executable. This shall only
 444  * be used to compute the load bias of an executable or shared library
 445  * that was loaded by the kernel itself.
 446  *
 447  * Input:
 448  *    elf    -> address of ELF header, assumed to be at the start of the file.
 449  * Return:
 450  *    load bias, i.e. add the value of any p_vaddr in the file to get
 451  *    the corresponding address in memory.
 452  */
 453 static ElfW(Addr) get_elf_exec_load_bias(const ElfW(Ehdr)* elf) {
 454   ElfW(Addr) offset = elf->e_phoff;
 455   const ElfW(Phdr)* phdr_table =
 456       reinterpret_cast<const ElfW(Phdr)*>(reinterpret_cast<uintptr_t>(elf) + offset);
 457   const ElfW(Phdr)* phdr_end = phdr_table + elf->e_phnum;
 458
 459   for (const ElfW(Phdr)* phdr = phdr_table; phdr < phdr_end; phdr++) {
 460     if (phdr->p_type == PT_LOAD) {
 461       return reinterpret_cast<ElfW(Addr)>(elf) + phdr->p_offset - phdr->p_vaddr;
 462     }
 463   }
 464   return 0;
 465 }
 466
 467 static void __linker_cannot_link(const char* argv0) {
 468   async_safe_fatal("CANNOT LINK EXECUTABLE \"%s\": %s", argv0, linker_get_error_buffer());
 469 }
 470
 471 /*
 472  * This is the entry point for the linker, called from begin.S. This
 473  * method is responsible for fixing the linker's own relocations, and
 474  * then calling __linker_init_post_relocation().
 475  *
 476  * Because this method is called before the linker has fixed it's own
 477  * relocations, any attempt to reference an extern variable, extern
 478  * function, or other GOT reference will generate a segfault.
 479  */
 480 extern "C" ElfW(Addr) __linker_init(void* raw_args) {
 481   KernelArgumentBlock args(raw_args);
 482
 483   // AT_BASE is set to 0 in the case when linker is run by iself
 484   // so in order to link the linker it needs to calcuate AT_BASE
 485   // using information at hand. The trick below takes advantage
 486   // of the fact that the value of linktime_addr before relocations
 487   // are run is an offset and this can be used to calculate AT_BASE.
 488   static uintptr_t linktime_addr = reinterpret_cast<uintptr_t>(&linktime_addr);
 489   ElfW(Addr) linker_addr = reinterpret_cast<uintptr_t>(&linktime_addr) - linktime_addr;
 490
 491   ElfW(Addr) entry_point = args.getauxval(AT_ENTRY);
 492   ElfW(Ehdr)* elf_hdr = reinterpret_cast<ElfW(Ehdr)*>(linker_addr);
 493   ElfW(Phdr)* phdr = reinterpret_cast<ElfW(Phdr)*>(linker_addr + elf_hdr->e_phoff);
 494
 495   soinfo linker_so(nullptr, nullptr, nullptr, 0, 0);
 496
 497   linker_so.base = linker_addr;
 498   linker_so.size = phdr_table_get_load_size(phdr, elf_hdr->e_phnum);
 499   linker_so.load_bias = get_elf_exec_load_bias(elf_hdr);
 500   linker_so.dynamic = nullptr;
 501   linker_so.phdr = phdr;
 502   linker_so.phnum = elf_hdr->e_phnum;
 503   linker_so.set_linker_flag();
 504
 505   // Prelink the linker so we can access linker globals.
 506   if (!linker_so.prelink_image()) __linker_cannot_link(args.argv[0]);
 507
 508   // This might not be obvious... The reasons why we pass g_empty_list
 509   // in place of local_group here are (1) we do not really need it, because
 510   // linker is built with DT_SYMBOLIC and therefore relocates its symbols against
 511   // itself without having to look into local_group and (2) allocators
 512   // are not yet initialized, and therefore we cannot use linked_list.push_*
 513   // functions at this point.
 514   if (!linker_so.link_image(g_empty_list, g_empty_list, nullptr)) __linker_cannot_link(args.argv[0]);
 515
 516 #if defined(__i386__)
 517   // On x86, we can't make system calls before this point.
 518   // We can't move this up because this needs to assign to a global.
 519   // Note that until we call __libc_init_main_thread below we have
 520   // no TLS, so you shouldn't make a system call that can fail, because
 521   // it will SEGV when it tries to set errno.
 522   __libc_init_sysinfo(args);
 523 #endif
 524
 525   // Initialize the main thread (including TLS, so system calls really work).
 526   __libc_init_main_thread(args);
 527
 528   // We didn't protect the linker's RELRO pages in link_image because we
 529   // couldn't make system calls on x86 at that point, but we can now...
 530   if (!linker_so.protect_relro()) __linker_cannot_link(args.argv[0]);
 531
 532   // Initialize the linker's static libc's globals
 533   __libc_init_globals(args);
 534
 535   // store argc/argv/envp to use them for calling constructors
 536   g_argc = args.argc;
 537   g_argv = args.argv;
 538   g_envp = args.envp;
 539
 540   // Initialize the linker's own global variables
 541   linker_so.call_constructors();
 542
 543   // If the linker is not acting as PT_INTERP entry_point is equal to
 544   // _start. Which means that the linker is running as an executable and
 545   // already linked by PT_INTERP.
 546   //
 547   // This happens when user tries to run 'adb shell /system/bin/linker'
 548   // see also https://code.google.com/p/android/issues/detail?id=63174
 549   if (reinterpret_cast<ElfW(Addr)>(&_start) == entry_point) {
 550     async_safe_format_fd(STDOUT_FILENO,
 551                      "This is %s, the helper program for dynamic executables.\n",
 552                      args.argv[0]);
 553     exit(0);
 554   }
 555
 556   init_linker_info_for_gdb(linker_addr, kLinkerPath);
 557
 558   // Initialize static variables. Note that in order to
 559   // get correct libdl_info we need to call constructors
 560   // before get_libdl_info().
 561   sonext = solist = get_libdl_info(kLinkerPath, linker_link_map);
 562   g_default_namespace.add_soinfo(solist);
 563
 564   // We have successfully fixed our own relocations. It's safe to run
 565   // the main part of the linker now.
 566   args.abort_message_ptr = &g_abort_message;
 567   ElfW(Addr) start_address = __linker_init_post_relocation(args);
 568
 569   INFO("[ Jumping to _start (%p)... ]", reinterpret_cast<void*>(start_address));
 570
 571   // Return the address that the calling assembly stub should jump to.
 572   return start_address;
 573 }