做网站时图片要切片有什么作用,网站建设设计总结,专业网站优化哪家好,手机网站app生成文章目录 1.1 ARM BRK 指令1.2 BRK 立即数宏定义介绍1.3 断点异常处理流程1.3.1 el1_sync_handler1.3.2 el1_dbg 跟踪 1.4 debug 异常处理函数注册1.4.1 brk 处理函数的注册 1.1 ARM BRK 指令
ARMv8 架构的 BRK 指令是用于生成一个软件断点的。当处理器执行到 BRK 指令时… 文章目录 1.1 ARM BRK 指令1.2 BRK 立即数宏定义介绍1.3 断点异常处理流程1.3.1 el1_sync_handler1.3.2 el1_dbg 跟踪 1.4 debug 异常处理函数注册1.4.1 brk 处理函数的注册 1.1 ARM BRK 指令
ARMv8 架构的 BRK 指令是用于生成一个软件断点的。当处理器执行到 BRK 指令时会触发一个断点异常。
BRK 指令的格式如下
BRK #imm其中imm是一个16位的立即数它可以在断点异常发生时将立即数保存到 ESR.ISS 域中从可以用来区分不同目的的 BRK 断点指令。
下面是一个简单的例子
MOV R0, #1
BRK #0x1234
MOV R0, #2在这个例子中当处理器执行到BRK #0x1234这条指令时并且可以在ESR.ISS中看到BRK #0x1234这条指令的立即数0x1234。 需要注意的是BRK指令只能在ARMv8及之后的ARM架构中使用。在早期的ARM架构中生成软件断点通常使用的是SWI或BKPT指令。 1.2 BRK 立即数宏定义介绍
上节内容介绍了 BRK 后面跟的立即数会在断点中断发生时保存到ESR.ISS中那么我们看下linux 中 BRK 后面的立即数宏定义种类有哪些并分别作用是什么
ARM64中BRK 立即数的定义位于文件 linux/arch/arm64/include/asm/brk-imm.h 中
/** #imm16 values used for BRK instruction generation* 0x004: for installing kprobes* 0x005: for installing uprobes* 0x006: for kprobe software single-step* Allowed values for kgdb are 0x400 - 0x7ff* 0x100: for triggering a fault on purpose (reserved)* 0x400: for dynamic BRK instruction* 0x401: for compile time BRK instruction* 0x800: kernel-mode BUG() and WARN() traps* 0x9xx: tag-based KASAN trap (allowed values 0x900 - 0x9ff)*/
#define KPROBES_BRK_IMM 0x004
#define UPROBES_BRK_IMM 0x005
#define KPROBES_BRK_SS_IMM 0x006
#define FAULT_BRK_IMM 0x100
#define KGDB_DYN_DBG_BRK_IMM 0x400
#define KGDB_COMPILED_DBG_BRK_IMM 0x401
#define BUG_BRK_IMM 0x800
#define KASAN_BRK_IMM 0x900
#define KASAN_BRK_MASK 0x0ffKPROBES_BRK_IMM这是用于 Kprobes 的BRK指令的立即数值。Kprobes是Linux内核中的一个动态追踪工具它允许你在运行时插入断点到内核代码中 UPROBES_BRK_IMM 这是用于Uprobes的BRK指令的立即数值。Uprobes是Linux内核中的一个动态追踪工具它允许你在运行时插入断点到用户空间程序中 KPROBES_BRK_SS_IMM这是用于Kprobes的单步执行模式的BRK指令的立即数值 FAULT_BRK_IMM 这是用于处理页故障的BRK指令的立即数值 KGDB_DYN_DBG_BRK_IMM这是用于KGDB内核调试器的动态调试的BRK指令的立即数值 BUG_BRK_IMM这是用于BUG_ON宏的BRK指令的立即数值BUG_ON是Linux内核中的一个宏用于在满足某个条件时生成一个故障 KASAN_BRK_IMM这是用于KASAN内核地址无效访问检测器的BRK指令的立即数值。
1.3 断点异常处理流程
断点异常属于同步异常所以我们需要从同步异常开始ARMv8 的同步异常处理函数位于汇编文件linux/arch/arm64/kernel/entry.S中定义如下
/** EL1 mode handlers.*/.align 6
SYM_CODE_START_LOCAL_NOALIGN(el1_sync)kernel_entry 1mov x0, spbl el1_sync_handlerkernel_exit 1
SYM_CODE_END(el1_sync)从上面汇编代码可以看到将栈指针的值SP赋值给X0然后跳转到函数el1_sync_handler中接下来继续跟踪该函数。
1.3.1 el1_sync_handler
el1_sync_handler 函数的定义位于linux/arch/arm64/kernel/entry-common.c 中
asmlinkage void noinstr el1_sync_handler(struct pt_regs *regs)
{unsigned long esr read_sysreg(esr_el1);switch (ESR_ELx_EC(esr)) {case ESR_ELx_EC_DABT_CUR:case ESR_ELx_EC_IABT_CUR:el1_abort(regs, esr);break;/** We dont handle ESR_ELx_EC_SP_ALIGN, since we will have hit a* recursive exception when trying to push the initial pt_regs.*/case ESR_ELx_EC_PC_ALIGN:el1_pc(regs, esr);break;case ESR_ELx_EC_SYS64:case ESR_ELx_EC_UNKNOWN:el1_undef(regs);break;case ESR_ELx_EC_BREAKPT_CUR:case ESR_ELx_EC_SOFTSTP_CUR:case ESR_ELx_EC_WATCHPT_CUR:case ESR_ELx_EC_BRK64:el1_dbg(regs, esr);break;case ESR_ELx_EC_FPAC:el1_fpac(regs, esr);break;default:el1_inv(regs, esr);}
}首先读取异常状态寄存器 ESR_EL1 的 EC 域 判断当前异常类型然后根据异常类型跳转到对应的处理函数本篇文章组要介绍 ARMv8/ARMv9 debug 相关的内容所先只关注 el1_dbg 这个异常处理函数。
当异常类型为 Breakpoint Instruction exceptionsBreakpoint exceptionsWatchpoint exceptionsSoftware Step exceptions 四种中的一种时就会跳转执行 el1_dbg 函数。 gcc 编译器在汇编过程中调用c语言函数时传递参数有两种方法一种是通过堆栈另一种是通过寄存器。缺省时采用寄存器假如你要在你的汇编过程中调用 c 语言函数并且想通过堆栈传递参数你定义的 c 函数时要在函数前加上宏asmlinkage Breakpoint Instruction exceptions 执行 BRK 指令时触发的异常Breakpoint exceptions: 硬件断点异常比如配置指令地址到硬件断点对应的寄存器中当执行到该指令时就会触发硬件断点异常Watchpoint exceptions观察点异常主要用来监控变量的比如将变量的地址写入到对应的寄存器中当访问这个变量是就会触发该异常Software Step exceptions软件单步执行异常。
详细内容可以见 DDI0487_I_a_a-profile_architecture_reference_manual.pdf 中的 D2章节。
1.3.2 el1_dbg 跟踪
上节内容说到 当检查到异常类型为 debug 异常类型时就会执行el1_dbg 函数该函数的实现如下
static void noinstr el1_dbg(struct pt_regs *regs, unsigned long esr)
{unsigned long far read_sysreg(far_el1);arm64_enter_el1_dbg(regs);do_debug_exception(far, esr, regs);arm64_exit_el1_dbg(regs);
}该函数首先读取 far_el1 寄存器中产生导致异常发生的虚拟地址然后再将虚拟地址esr_el1的值SP栈地址作为参数传给了 do_debug_exception 函数
834 void do_debug_exception(unsigned long addr_if_watchpoint, unsigned int esr,
835 struct pt_regs *regs)
836 {
837 const struct fault_info *inf esr_to_debug_fault_info(esr);
838 unsigned long pc instruction_pointer(regs);
839
842 ...
843 debug_exception_enter(regs);...
848 if (inf-fn(addr_if_watchpoint, esr, regs)) {
849 arm64_notify_die(inf-name, regs,
850 inf-sig, inf-code, (void __user *)pc, esr);
851 }...
854 }
855 NOKPROBE_SYMBOL(do_debug_exception);这里我们主要关注 837 行和 848行这两行的作用是根据 ESR.EC 阈值判断当前异常类型然后调佣该异常类型的处理函数。例如 BRK 软件断点异常的处理函数就是 linux/arch/arm64/kernel/debug-monitors.c中的函数 brk_handler。那么 brk_handler 异常的处理函数是如何注册的
1.4 debug 异常处理函数注册
linux 对于类型相似的问题比如许多类型相似 debug 异常处理套路都是先定义一个全局的结构体数组(如 struct fault_info fault_info[], struct fault_info debug_fault_info[])然后将异常的处理函数异常类型异常描述等信息填入结构体数组中
struct fault_info {int (*fn)(unsigned long addr, unsigned int esr,struct pt_regs *regs);int sig;int code;const char *name;
};/** __refdata because early_brk64 is __init, but the reference to it is* clobbered at arch_initcall time.* See traps.c and debug-monitors.c:debug_traps_init().*/
static struct fault_info __refdata debug_fault_info[] {{ do_bad, SIGTRAP, TRAP_HWBKPT, hardware breakpoint },{ do_bad, SIGTRAP, TRAP_HWBKPT, hardware single-step },{ do_bad, SIGTRAP, TRAP_HWBKPT, hardware watchpoint },{ do_bad, SIGKILL, SI_KERNEL, unknown 3 },{ do_bad, SIGTRAP, TRAP_BRKPT, aarch32 BKPT },{ do_bad, SIGKILL, SI_KERNEL, aarch32 vector catch },{ early_brk64, SIGTRAP, TRAP_BRKPT, aarch64 BRK },{ do_bad, SIGKILL, SI_KERNEL, unknown 7 },
};在异常发生的时候只要需要索引值就可以直接调用到对应的异常处理函数。对于数组debug_fault_info[] 索引值的获取是根据 ESR.EC的值计算来的
static inline const struct fault_info *esr_to_debug_fault_info(unsigned int esr)
{return debug_fault_info DBG_ESR_EVT(esr);
}#define DBG_ESR_EVT(x) (((x) 27) 0x7)宏 DBG_ESR_EVT 中右移27位是因为ESR_EL1的bit26开始时EC域
debug_fault_info表中的内容是默认的一些异常的处理函数对于 debug 异常的处理函数注册还需要在代码中调用 linux/arch/arm64/mm/fault.c 中的注册函数hook_debug_fault_code来完成
void __init hook_debug_fault_code(int nr,int (*fn)(unsigned long, unsigned int, struct pt_regs *),int sig, int code, const char *name)
{BUG_ON(nr 0 || nr ARRAY_SIZE(debug_fault_info));debug_fault_info[nr].fn fn;debug_fault_info[nr].sig sig;debug_fault_info[nr].code code;debug_fault_info[nr].name name;
}对于 BRK和单步执行的异常处理函数的注册是在linux/arch/arm64/kernel/debug-monitors.c中函数 debug_traps_init(void) 中完成的
void __init debug_traps_init(void)
{hook_debug_fault_code(DBG_ESR_EVT_HWSS, single_step_handler, SIGTRAP,TRAP_TRACE, single-step handler);hook_debug_fault_code(DBG_ESR_EVT_BRK, brk_handler, SIGTRAP,TRAP_BRKPT, BRK handler);
}对于 watchpoint 和 breakpoint 的异常处理函数的注册位于linux/arch/arm64/kernel/hw_breakpoint.c中的arch_hw_breakpoint_init(void)函数中
/** One-time initialisation.*/
static int __init arch_hw_breakpoint_init(void)
{.../* Register debug fault handlers. */hook_debug_fault_code(DBG_ESR_EVT_HWBP, breakpoint_handler, SIGTRAP,TRAP_HWBKPT, hw-breakpoint handler);hook_debug_fault_code(DBG_ESR_EVT_HWWP, watchpoint_handler, SIGTRAP,TRAP_HWBKPT, hw-watchpoint handler);...
}
arch_initcall(arch_hw_breakpoint_init);由于本篇文章主要介绍 BRK 指令异常所以还需要继续跟踪器异常处理函数 brk_handler
326 static int brk_handler(unsigned long unused, unsigned int esr,
327 struct pt_regs *regs)
328 {
329 if (call_break_hook(regs, esr) DBG_HOOK_HANDLED)
330 return 0;
331
332 if (user_mode(regs)) {
333 send_user_sigtrap(TRAP_BRKPT);
334 } else {
335 pr_warn(Unexpected kernel BRK exception at EL1\n);
336 return -EFAULT;
337 }
338
339 return 0;
340 }
341 NOKPROBE_SYMBOL(brk_handler);这里我们只关注第329行它的作用是遍历注册到链表 kernel_break_hook 上的所有node, 比较 node 节点上的的立即数 imm 是否和 异常症状寄存器 ESR.ISS域中的值是否匹配, 如果匹配成功就会调用它的 handler。
static LIST_HEAD(kernel_break_hook);static int call_break_hook(struct pt_regs *regs, unsigned int esr)
{struct break_hook *hook;struct list_head *list;int (*fn)(struct pt_regs *regs, unsigned int esr) NULL;list user_mode(regs) ? user_break_hook : kernel_break_hook;/** Since brk exception disables interrupt, this function is* entirely not preemptible, and we can use rcu list safely here.*/list_for_each_entry_rcu(hook, list, node) {unsigned int comment esr ESR_ELx_BRK64_ISS_COMMENT_MASK;if ((comment ~hook-mask) hook-imm) // 比较 BRK 后面的立即数fn hook-fn;}return fn ? fn(regs, esr) : DBG_HOOK_ERROR;
}
NOKPROBE_SYMBOL(call_break_hook); 1.4.1 brk 处理函数的注册
上文提到了当 debug 异常发生后会遍历 kernel_break_hook 上的所有 node那么我们看下有哪些类型的事件注册到这个链表上呢
register_kernel_break_hook(kgdb_brkpt_hook);
register_kernel_break_hook(kgdb_compiled_brkpt_hook);
register_kernel_break_hook(kprobes_break_hook);
register_kernel_break_hook(kprobes_break_ss_hook);
register_kernel_break_hook(bug_break_hook);
register_kernel_break_hook(fault_break_hook);
register_kernel_break_hook(kasan_break_hook);我们在看下这些 BRK事件对应的处理函数
static struct break_hook kgdb_brkpt_hook {.fn kgdb_brk_fn,.imm KGDB_DYN_DBG_BRK_IMM,
};
static struct break_hook kgdb_compiled_brkpt_hook {.fn kgdb_compiled_brk_fn,.imm KGDB_COMPILED_DBG_BRK_IMM,
};
static struct break_hook kprobes_break_hook {.imm KPROBES_BRK_IMM,.fn kprobe_breakpoint_handler,
};
static struct break_hook kprobes_break_ss_hook {.imm KPROBES_BRK_SS_IMM,.fn kprobe_breakpoint_ss_handler,
};
static struct break_hook bug_break_hook {.fn bug_handler,.imm BUG_BRK_IMM,
};
static struct break_hook fault_break_hook {.fn reserved_fault_handler,.imm FAULT_BRK_IMM,
};
static struct break_hook kasan_break_hook {.fn kasan_handler,.imm KASAN_BRK_IMM,.mask KASAN_BRK_MASK,
};这里挑我们最常用到的处理函数 bug_handler 来介绍
static int bug_handler(struct pt_regs *regs, unsigned int esr)
{switch (report_bug(regs-pc, regs)) {case BUG_TRAP_TYPE_BUG:die(Oops - BUG, regs, 0);break;case BUG_TRAP_TYPE_WARN:break;default:/* unknown/unrecognised bug trap type */return DBG_HOOK_ERROR;}/* If thread survives, skip over the BUG instruction and continue: */arm64_skip_faulting_instruction(regs, AARCH64_INSN_SIZE);return DBG_HOOK_HANDLED;
}这里看到了我们经常遇到的 “Oops - BUG” 了。
到目前为止介绍了整个 BRK 点断指令的处理流程与对应的异常处理函数注册流程那么我们什么时候会用到 BRK 指令呢
在 linux中最常用的地方也就是 WARN 和 BUG 这两个地方这里以BUG为例进行介绍
#define BUG() do { \__BUG_FLAGS(0); \unreachable(); \
} while (0)#define __BUG_FLAGS(flags) \asm volatile (__stringify(ASM_BUG_FLAGS(flags)));#define ASM_BUG() ASM_BUG_FLAGS(0)#define ASM_BUG_FLAGS(flags) \__BUG_ENTRY(flags) \brk BUG_BRK_IMM
