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Add kani in ci + kani proof for conformance to 2.7.7.2 section #338
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Original file line number | Diff line number | Diff line change | ||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
@@ -269,6 +269,253 @@ impl Queue { | |||||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||||||
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||||||||||||||||||||||||
#[cfg(kani)] | ||||||||||||||||||||||||
#[allow(dead_code)] | ||||||||||||||||||||||||
mod verification { | ||||||||||||||||||||||||
use std::mem::ManuallyDrop; | ||||||||||||||||||||||||
use vm_memory::MmapRegion; | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
use std::num::Wrapping; | ||||||||||||||||||||||||
use vm_memory::FileOffset; | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
use vm_memory::{GuestMemoryRegion, MemoryRegionAddress}; | ||||||||||||||||||||||||
Comment on lines
+275
to
+281
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Suggested change
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||||||||||||||||||||||||
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use super::*; | ||||||||||||||||||||||||
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/// A made-for-kani version of `vm_memory::GuestMemoryMmap`. Unlike the real | ||||||||||||||||||||||||
/// `GuestMemoryMmap`, which manages a list of regions and then does a binary | ||||||||||||||||||||||||
/// search to determine which region a specific read or write request goes to, | ||||||||||||||||||||||||
/// this only uses a single region. Eliminating this binary search significantly | ||||||||||||||||||||||||
/// speeds up all queue proofs, because it eliminates the only loop contained herein, | ||||||||||||||||||||||||
/// meaning we can use `kani::unwind(0)` instead of `kani::unwind(2)`. Functionally, | ||||||||||||||||||||||||
/// it works identically to `GuestMemoryMmap` with only a single contained region. | ||||||||||||||||||||||||
pub struct ProofGuestMemory { | ||||||||||||||||||||||||
the_region: vm_memory::GuestRegionMmap, | ||||||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||||||
|
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impl GuestMemory for ProofGuestMemory { | ||||||||||||||||||||||||
type R = vm_memory::GuestRegionMmap; | ||||||||||||||||||||||||
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fn num_regions(&self) -> usize { | ||||||||||||||||||||||||
1 | ||||||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
fn find_region(&self, addr: GuestAddress) -> Option<&Self::R> { | ||||||||||||||||||||||||
self.the_region | ||||||||||||||||||||||||
.to_region_addr(addr) | ||||||||||||||||||||||||
.map(|_| &self.the_region) | ||||||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
fn iter(&self) -> impl Iterator<Item = &Self::R> { | ||||||||||||||||||||||||
std::iter::once(&self.the_region) | ||||||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
fn try_access<F>( | ||||||||||||||||||||||||
&self, | ||||||||||||||||||||||||
count: usize, | ||||||||||||||||||||||||
addr: GuestAddress, | ||||||||||||||||||||||||
mut f: F, | ||||||||||||||||||||||||
) -> vm_memory::guest_memory::Result<usize> | ||||||||||||||||||||||||
where | ||||||||||||||||||||||||
F: FnMut( | ||||||||||||||||||||||||
usize, | ||||||||||||||||||||||||
usize, | ||||||||||||||||||||||||
MemoryRegionAddress, | ||||||||||||||||||||||||
&Self::R, | ||||||||||||||||||||||||
) -> vm_memory::guest_memory::Result<usize>, | ||||||||||||||||||||||||
{ | ||||||||||||||||||||||||
// We only have a single region, meaning a lot of the complications of the default | ||||||||||||||||||||||||
// try_access implementation for dealing with reads/writes across multiple | ||||||||||||||||||||||||
// regions does not apply. | ||||||||||||||||||||||||
let region_addr = self | ||||||||||||||||||||||||
.the_region | ||||||||||||||||||||||||
.to_region_addr(addr) | ||||||||||||||||||||||||
.ok_or(vm_memory::guest_memory::Error::InvalidGuestAddress(addr))?; | ||||||||||||||||||||||||
self.the_region | ||||||||||||||||||||||||
.checked_offset(region_addr, count) | ||||||||||||||||||||||||
.ok_or(vm_memory::guest_memory::Error::InvalidGuestAddress(addr))?; | ||||||||||||||||||||||||
f(0, count, region_addr, &self.the_region) | ||||||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
pub struct ProofContext(pub Queue, pub ProofGuestMemory); | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
pub struct MmapRegionStub { | ||||||||||||||||||||||||
addr: *mut u8, | ||||||||||||||||||||||||
size: usize, | ||||||||||||||||||||||||
bitmap: (), | ||||||||||||||||||||||||
file_offset: Option<FileOffset>, | ||||||||||||||||||||||||
prot: i32, | ||||||||||||||||||||||||
flags: i32, | ||||||||||||||||||||||||
owned: bool, | ||||||||||||||||||||||||
hugetlbfs: Option<bool>, | ||||||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
/// We start the first guest memory region at an offset so that harnesses using | ||||||||||||||||||||||||
/// Queue::any() will be exposed to queue segments both before and after valid guest memory. | ||||||||||||||||||||||||
/// This is conforming to MockSplitQueue::new() that uses `0` as starting address of the | ||||||||||||||||||||||||
/// virtqueue. Also, QUEUE_END is the size only if GUEST_MEMORY_BASE is `0` | ||||||||||||||||||||||||
const GUEST_MEMORY_BASE: u64 = 0; | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
// We size our guest memory to fit a properly aligned queue, plus some wiggles bytes | ||||||||||||||||||||||||
// to make sure we not only test queues where all segments are consecutively aligned. | ||||||||||||||||||||||||
// We need to give at least 16 bytes of buffer space for the descriptor table to be | ||||||||||||||||||||||||
// able to change its address, as it is 16-byte aligned. | ||||||||||||||||||||||||
const GUEST_MEMORY_SIZE: usize = QUEUE_END as usize + 30; | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
fn guest_memory(memory: *mut u8) -> ProofGuestMemory { | ||||||||||||||||||||||||
// Ideally, we'd want to do | ||||||||||||||||||||||||
// let region = unsafe {MmapRegionBuilder::new(GUEST_MEMORY_SIZE) | ||||||||||||||||||||||||
// .with_raw_mmap_pointer(bytes.as_mut_ptr()) | ||||||||||||||||||||||||
// .build() | ||||||||||||||||||||||||
// .unwrap()}; | ||||||||||||||||||||||||
// However, .build() calls to .build_raw(), which contains a call to libc::sysconf. | ||||||||||||||||||||||||
// Since kani 0.34.0, stubbing out foreign functions is supported, but due to the rust | ||||||||||||||||||||||||
// standard library using a special version of the libc crate, it runs into some problems | ||||||||||||||||||||||||
// [1] Even if we work around those problems, we run into performance problems [2]. | ||||||||||||||||||||||||
// Therefore, for now we stick to this ugly transmute hack (which only works because | ||||||||||||||||||||||||
// the kani compiler will never re-order fields, so we can treat repr(Rust) as repr(C)). | ||||||||||||||||||||||||
// | ||||||||||||||||||||||||
// [1]: https://github.com/model-checking/kani/issues/2673 | ||||||||||||||||||||||||
// [2]: https://github.com/model-checking/kani/issues/2538 | ||||||||||||||||||||||||
let region_stub = MmapRegionStub { | ||||||||||||||||||||||||
addr: memory, | ||||||||||||||||||||||||
size: GUEST_MEMORY_SIZE, | ||||||||||||||||||||||||
bitmap: Default::default(), | ||||||||||||||||||||||||
file_offset: None, | ||||||||||||||||||||||||
prot: 0, | ||||||||||||||||||||||||
flags: libc::MAP_ANONYMOUS | libc::MAP_PRIVATE, | ||||||||||||||||||||||||
owned: false, | ||||||||||||||||||||||||
hugetlbfs: None, | ||||||||||||||||||||||||
}; | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
let region: MmapRegion<()> = unsafe { std::mem::transmute(region_stub) }; | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
let guest_region = | ||||||||||||||||||||||||
vm_memory::GuestRegionMmap::new(region, GuestAddress(GUEST_MEMORY_BASE)).unwrap(); | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
// Use a single memory region, just as firecracker does for guests of size < 2GB | ||||||||||||||||||||||||
// For largest guests, firecracker uses two regions (due to the MMIO gap being | ||||||||||||||||||||||||
// at the top of 32-bit address space) | ||||||||||||||||||||||||
ProofGuestMemory { | ||||||||||||||||||||||||
the_region: guest_region, | ||||||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
// can't implement kani::Arbitrary for the relevant types due to orphan rules | ||||||||||||||||||||||||
fn setup_kani_guest_memory() -> ProofGuestMemory { | ||||||||||||||||||||||||
// Non-deterministic Vec that will be used as the guest memory. We use `exact_vec` for now | ||||||||||||||||||||||||
// as `any_vec` will likely result in worse performance. We do not loose much from | ||||||||||||||||||||||||
// `exact_vec`, as our proofs do not make any assumptions about "filling" guest | ||||||||||||||||||||||||
// memory: Since everything is placed at non-deterministic addresses with | ||||||||||||||||||||||||
// non-deterministic lengths, we still cover all scenarios that would be covered by | ||||||||||||||||||||||||
// smaller guest memory closely. We leak the memory allocated here, so that it | ||||||||||||||||||||||||
// doesnt get deallocated at the end of this function. We do not explicitly | ||||||||||||||||||||||||
// de-allocate, but since this is a kani proof, that does not matter. | ||||||||||||||||||||||||
guest_memory( | ||||||||||||||||||||||||
ManuallyDrop::new(kani::vec::exact_vec::<u8, GUEST_MEMORY_SIZE>()).as_mut_ptr(), | ||||||||||||||||||||||||
) | ||||||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
const MAX_QUEUE_SIZE: u16 = 256; | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
// Constants describing the in-memory layout of a queue of size MAX_QUEUE_SIZE starting | ||||||||||||||||||||||||
// at the beginning of guest memory. These are based on Section 2.7 of the VirtIO 1.2 | ||||||||||||||||||||||||
// specification. | ||||||||||||||||||||||||
const QUEUE_BASE_ADDRESS: u64 = GUEST_MEMORY_BASE; | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
/// descriptor table has 16 bytes per entry, avail ring starts right after | ||||||||||||||||||||||||
const AVAIL_RING_BASE_ADDRESS: u64 = QUEUE_BASE_ADDRESS + MAX_QUEUE_SIZE as u64 * 16; | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
/// Used ring starts after avail ring (which has size 6 + 2 * MAX_QUEUE_SIZE), | ||||||||||||||||||||||||
/// and needs 2 bytes of padding | ||||||||||||||||||||||||
const USED_RING_BASE_ADDRESS: u64 = AVAIL_RING_BASE_ADDRESS + 6 + 2 * MAX_QUEUE_SIZE as u64 + 2; | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
/// The address of the first byte after the queue. Since our queue starts at guest physical | ||||||||||||||||||||||||
/// address 0, this is also the size of the memory area occupied by the queue. | ||||||||||||||||||||||||
/// Note that the used ring structure has size 6 + 8 * MAX_QUEUE_SIZE | ||||||||||||||||||||||||
const QUEUE_END: u64 = USED_RING_BASE_ADDRESS + 6 + 8 * MAX_QUEUE_SIZE as u64; | ||||||||||||||||||||||||
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impl kani::Arbitrary for ProofContext { | ||||||||||||||||||||||||
fn any() -> Self { | ||||||||||||||||||||||||
let mem = setup_kani_guest_memory(); | ||||||||||||||||||||||||
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||||||||||||||||||||||||
let mut queue = Queue::new(MAX_QUEUE_SIZE).unwrap(); | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
queue.ready = true; | ||||||||||||||||||||||||
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||||||||||||||||||||||||
queue.set_desc_table_address( | ||||||||||||||||||||||||
Some(QUEUE_BASE_ADDRESS as u32), | ||||||||||||||||||||||||
Some((QUEUE_BASE_ADDRESS >> 32) as u32), | ||||||||||||||||||||||||
); | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
queue.set_avail_ring_address( | ||||||||||||||||||||||||
Some(AVAIL_RING_BASE_ADDRESS as u32), | ||||||||||||||||||||||||
Some((AVAIL_RING_BASE_ADDRESS >> 32) as u32), | ||||||||||||||||||||||||
); | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
queue.set_used_ring_address( | ||||||||||||||||||||||||
Some(USED_RING_BASE_ADDRESS as u32), | ||||||||||||||||||||||||
Some((USED_RING_BASE_ADDRESS >> 32) as u32), | ||||||||||||||||||||||||
); | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
queue.set_next_avail(kani::any()); | ||||||||||||||||||||||||
queue.set_next_used(kani::any()); | ||||||||||||||||||||||||
queue.set_event_idx(kani::any()); | ||||||||||||||||||||||||
queue.num_added = Wrapping(kani::any()); | ||||||||||||||||||||||||
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kani::assume(queue.is_valid(&mem)); | ||||||||||||||||||||||||
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||||||||||||||||||||||||
ProofContext(queue, mem) | ||||||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
#[kani::proof] | ||||||||||||||||||||||||
#[kani::unwind(0)] // There are no loops anywhere, but kani really enjoys getting stuck in std::ptr::drop_in_place. | ||||||||||||||||||||||||
// This is a compiler intrinsic that has a "dummy" implementation in stdlib that just | ||||||||||||||||||||||||
// recursively calls itself. Kani will generally unwind this recursion infinitely | ||||||||||||||||||||||||
fn verify_spec_2_7_7_2() { | ||||||||||||||||||||||||
// Section 2.7.7.2 deals with device-to-driver notification suppression. | ||||||||||||||||||||||||
// It describes a mechanism by which the driver can tell the device that it does not | ||||||||||||||||||||||||
// want notifications (IRQs) about the device finishing processing individual buffers | ||||||||||||||||||||||||
// (descriptor chain heads) from the avail ring until a specific number of descriptors | ||||||||||||||||||||||||
// has been processed. This is done by the driver | ||||||||||||||||||||||||
// defining a "used_event" index, which tells the device "please do not notify me until | ||||||||||||||||||||||||
// used.ring[used_event] has been written to by you". | ||||||||||||||||||||||||
let ProofContext(mut queue, mem) = kani::any(); | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
let num_added_old = queue.num_added.0; | ||||||||||||||||||||||||
let needs_notification = queue.needs_notification(&mem); | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
// event_idx_enabled equivalent to VIRTIO_F_EVENT_IDX negotiated | ||||||||||||||||||||||||
if !queue.event_idx_enabled { | ||||||||||||||||||||||||
// The specification here says | ||||||||||||||||||||||||
// After the device writes a descriptor index into the used ring: | ||||||||||||||||||||||||
// – If flags is 1, the device SHOULD NOT send a notification. | ||||||||||||||||||||||||
// – If flags is 0, the device MUST send a notification | ||||||||||||||||||||||||
// flags is the first field in the avail_ring_address, which we completely ignore. We | ||||||||||||||||||||||||
// always send a notification, and as there only is a SHOULD NOT, that is okay | ||||||||||||||||||||||||
assert!(needs_notification.unwrap()); | ||||||||||||||||||||||||
} else { | ||||||||||||||||||||||||
// next_used - 1 is where the previous descriptor was placed | ||||||||||||||||||||||||
if Wrapping(queue.used_event(&mem, Ordering::Relaxed).unwrap()) | ||||||||||||||||||||||||
== std::num::Wrapping(queue.next_used - Wrapping(1)) | ||||||||||||||||||||||||
&& num_added_old > 0 | ||||||||||||||||||||||||
{ | ||||||||||||||||||||||||
// If the idx field in the used ring (which determined where that descriptor index | ||||||||||||||||||||||||
// was placed) was equal to used_event, the device MUST send a | ||||||||||||||||||||||||
// notification. | ||||||||||||||||||||||||
assert!(needs_notification.unwrap()); | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
kani::cover!(); | ||||||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
// The other case is handled by a "SHOULD NOT send a notification" in the spec. | ||||||||||||||||||||||||
// So we do not care | ||||||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
impl<'a> QueueGuard<'a> for Queue { | ||||||||||||||||||||||||
type G = &'a mut Self; | ||||||||||||||||||||||||
} | ||||||||||||||||||||||||
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