huangcm
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// Copyright 2017 syzkaller project authors. All rights reserved.
// Use of this source code is governed by Apache 2 LICENSE that can be found in the LICENSE file.
 
//go:generate bash -c "go run gen/gen.go gen/all-enc-instructions.txt > generated/insns.go"
 
// Package ifuzz allows to generate and mutate x86 machine code.
package ifuzz
 
import (
   "math/rand"
   "sync"
)
 
const (
   ModeLong64 = iota
   ModeProt32
   ModeProt16
   ModeReal16
   ModeLast
)
 
type Insn struct {
   Name      string
   Extension string
 
   Mode   int  // bitmask of compatible modes
   Priv   bool // CPL=0
   Pseudo bool // pseudo instructions can consist of several real instructions
 
   Opcode      []byte
   Prefix      []byte
   Suffix      []byte
   Modrm       bool
   Mod         int8
   Reg         int8 // -6 - segment register, -8 - control register
   Rm          int8
   Srm         bool // register is embed in the first byte
   NoSibDisp   bool // no SIB/disp even if modrm says otherwise
   Imm         int8 // immediate size, -1 - immediate size, -2 - address size, -3 - operand size
   Imm2        int8
   NoRepPrefix bool
   No66Prefix  bool
   Rexw        int8 // 1 must be set, -1 must not be set
   Mem32       bool // instruction always references 32-bit memory operand, 0x67 is illegal
   Mem16       bool // instruction always references 16-bit memory operand
 
   Vex        byte
   VexMap     byte
   VexL       int8
   VexNoR     bool
   VexP       int8
   Avx2Gather bool
 
   generator func(cfg *Config, r *rand.Rand) []byte // for pseudo instructions
}
 
type Config struct {
   Len        int         // number of instructions to generate
   Mode       int         // one of ModeXXX
   Priv       bool        // generate CPL=0 instructions
   Exec       bool        // generate instructions sequences interesting for execution
   MemRegions []MemRegion // generated instructions will reference these regions
}
 
type MemRegion struct {
   Start uint64
   Size  uint64
}
 
const (
   typeExec = iota
   typePriv
   typeUser
   typeAll
   typeLast
)
 
var modeInsns [ModeLast][typeLast][]*Insn
 
var (
   Insns    []*Insn
   initOnce sync.Once
)
 
func initInsns() {
   if len(Insns) == 0 {
       panic("no instructions")
   }
   initPseudo()
   for mode := 0; mode < ModeLast; mode++ {
       for _, insn := range Insns {
           if insn.Mode&(1<<uint(mode)) == 0 {
               continue
           }
           if insn.Pseudo {
               modeInsns[mode][typeExec] = append(modeInsns[mode][typeExec], insn)
           } else if insn.Priv {
               modeInsns[mode][typePriv] = append(modeInsns[mode][typePriv], insn)
               modeInsns[mode][typeAll] = append(modeInsns[mode][typeAll], insn)
           } else {
               modeInsns[mode][typeUser] = append(modeInsns[mode][typeUser], insn)
               modeInsns[mode][typeAll] = append(modeInsns[mode][typeAll], insn)
           }
       }
   }
}
 
// ModeInsns returns list of all instructions for the given mode.
func ModeInsns(cfg *Config) []*Insn {
   initOnce.Do(initInsns)
   if cfg.Mode < 0 || cfg.Mode >= ModeLast {
       panic("bad mode")
   }
   var insns []*Insn
   insns = append(insns, modeInsns[cfg.Mode][typeUser]...)
   if cfg.Priv {
       insns = append(insns, modeInsns[cfg.Mode][typePriv]...)
       if cfg.Exec {
           insns = append(insns, modeInsns[cfg.Mode][typeExec]...)
       }
   }
   return insns
}
 
func Generate(cfg *Config, r *rand.Rand) []byte {
   initOnce.Do(initInsns)
   var text []byte
   for i := 0; i < cfg.Len; i++ {
       insn := randInsn(cfg, r)
       text = append(text, insn.Encode(cfg, r)...)
   }
   return text
}
 
func Mutate(cfg *Config, r *rand.Rand, text []byte) []byte {
   initOnce.Do(initInsns)
   insns := split(cfg, text)
   retry := false
   for stop := false; !stop || retry || len(insns) == 0; stop = r.Intn(2) == 0 {
       retry = false
       switch x := r.Intn(100); {
       case x < 10 && len(insns) != 0:
           // delete instruction
           i := r.Intn(len(insns))
           copy(insns[i:], insns[i+1:])
           insns = insns[:len(insns)-1]
       case x < 40 && len(insns) != 0:
           // replace instruction with another
           insn := randInsn(cfg, r)
           text1 := insn.Encode(cfg, r)
           i := r.Intn(len(insns))
           insns[i] = text1
       case x < 70 && len(insns) != 0:
           // mutate instruction
           i := r.Intn(len(insns))
           text1 := insns[i]
           for stop := false; !stop || len(text1) == 0; stop = r.Intn(2) == 0 {
               switch x := r.Intn(100); {
               case x < 5 && len(text1) != 0:
                   // delete byte
                   pos := r.Intn(len(text1))
                   copy(text1[pos:], text1[pos+1:])
                   text1 = text1[:len(text1)-1]
               case x < 40 && len(text1) != 0:
                   // replace a byte
                   pos := r.Intn(len(text1))
                   text1[pos] = byte(r.Intn(256))
               case x < 70 && len(text1) != 0:
                   // flip a bit
                   pos := r.Intn(len(text1))
                   text1[pos] ^= 1 << byte(r.Intn(8))
               default:
                   // insert a byte
                   pos := r.Intn(len(text1) + 1)
                   text1 = append(text1, 0)
                   copy(text1[pos+1:], text1[pos:])
                   text1[pos] = byte(r.Intn(256))
               }
           }
           insns[i] = text1
       case len(insns) < cfg.Len:
           // insert a new instruction
           insn := randInsn(cfg, r)
           text1 := insn.Encode(cfg, r)
           i := r.Intn(len(insns) + 1)
           insns = append(insns, nil)
           copy(insns[i+1:], insns[i:])
           insns[i] = text1
       default:
           retry = true
       }
   }
   text = nil
   for _, insn := range insns {
       text = append(text, insn...)
   }
   return text
}
 
func randInsn(cfg *Config, r *rand.Rand) *Insn {
   var insns []*Insn
   if cfg.Priv && cfg.Exec {
       insns = modeInsns[cfg.Mode][r.Intn(3)]
   } else if cfg.Priv {
       insns = modeInsns[cfg.Mode][r.Intn(2)]
   } else {
       insns = modeInsns[cfg.Mode][typeUser]
   }
   return insns[r.Intn(len(insns))]
}
 
func split(cfg *Config, text []byte) [][]byte {
   text = append([]byte{}, text...)
   var insns [][]byte
   var bad []byte
   for len(text) != 0 {
       n, err := Decode(cfg.Mode, text)
       if err != nil || n == 0 {
           bad = append(bad, text[0])
           text = text[1:]
           continue
       }
       if bad != nil {
           insns = append(insns, bad)
           bad = nil
       }
       insns = append(insns, text[:n])
       text = text[n:]
   }
   if bad != nil {
       insns = append(insns, bad)
   }
   return insns
}
 
func generateArg(cfg *Config, r *rand.Rand, size int) []byte {
   v := generateInt(cfg, r, size)
   arg := make([]byte, size)
   for i := 0; i < size; i++ {
       arg[i] = byte(v)
       v >>= 8
   }
   return arg
}
 
func (insn *Insn) isCompatible(cfg *Config) bool {
   if cfg.Mode < 0 || cfg.Mode >= ModeLast {
       panic("bad mode")
   }
   if insn.Priv && !cfg.Priv {
       return false
   }
   if insn.Pseudo && !cfg.Exec {
       return false
   }
   if insn.Mode&(1<<uint(cfg.Mode)) == 0 {
       return false
   }
   return true
}
 
func generateInt(cfg *Config, r *rand.Rand, size int) uint64 {
   if size != 1 && size != 2 && size != 4 && size != 8 {
       panic("bad arg size")
   }
   var v uint64
   switch x := r.Intn(60); {
   case x < 10:
       v = uint64(r.Intn(1 << 4))
   case x < 20:
       v = uint64(r.Intn(1 << 16))
   case x < 25:
       v = uint64(r.Int63()) % (1 << 32)
   case x < 30:
       v = uint64(r.Int63())
   case x < 40:
       v = specialNumbers[r.Intn(len(specialNumbers))]
       if r.Intn(5) == 0 {
           v += uint64(r.Intn(33)) - 16
       }
   case x < 50 && len(cfg.MemRegions) != 0:
       mem := cfg.MemRegions[r.Intn(len(cfg.MemRegions))]
       switch x := r.Intn(100); {
       case x < 25:
           v = mem.Start
       case x < 50:
           v = mem.Start + mem.Size
       case x < 75:
           v = mem.Start + mem.Size/2
       default:
           v = mem.Start + uint64(r.Int63())%mem.Size
       }
       if r.Intn(10) == 0 {
           v += uint64(r.Intn(33)) - 16
       }
   default:
       v = uint64(r.Intn(1 << 8))
   }
   if r.Intn(50) == 0 {
       v = uint64(-int64(v))
   }
   if r.Intn(50) == 0 && size != 1 {
       v &^= 1<<12 - 1
   }
   return v
}
 
var specialNumbers = []uint64{0, 1 << 15, 1 << 16, 1 << 31, 1 << 32, 1 << 47, 1 << 47, 1 << 63}