Linux內(nèi)核態(tài)缺頁會發(fā)生什么？一文玩轉(zhuǎn)Exception fixup表
近日，我在寫內(nèi)核模塊的時(shí)候犯了一個(gè)低級錯(cuò)誤：
直接access用戶態(tài)的內(nèi)存而沒有使用copy_to_user/copy_from_user！
在內(nèi)核看來，用戶態(tài)提供的虛擬地址是不可信的，所以在一旦在內(nèi)核態(tài)訪問用戶態(tài)內(nèi)存發(fā)生缺頁中斷，處理起來是非常棘手的。
Linux內(nèi)核的做法是提供了一張 異常處理表 ，使用專有的函數(shù)來訪問用戶態(tài)內(nèi)存。類似 try-catch塊一般。具體詳情可參見copy_to_user/copy_from_user的實(shí)現(xiàn)以及內(nèi)核文檔Documentation/x86/exception-tables.txt的描述。
本來簡單看下這個(gè)異常處理表能怎么玩。
首先，我們可以寫一片代碼，將內(nèi)核的異常處理表dump下來：
// show_extable.c##int (*_lookup_symbol_name)(unsigned long, char *);unsigned long (*_get_symbol_pos)(unsigned long, void *, void *);unsigned long start_ex, end_ex;int init_module(void){unsigned long i;unsigned long orig, fixup, originsn, fixinsn, offset, size;char name[128], fixname[128];_lookup_symbol_name = (void *)kallsyms_lookup_name("lookup_symbol_name");_get_symbol_pos = (void *)kallsyms_lookup_name("get_symbol_pos");start_ex = (unsigned long)kallsyms_lookup_name("__start___ex_table");end_ex = (unsigned long)kallsyms_lookup_name("__stop___ex_table");// 按照exception_table_entry的sizeof從start遍歷到end。for(i = start_ex; i < end_ex; i += 2*sizeof(unsigned long)) {orig = i; // 取出exception_table_entry的insn字段地址。fixup = i + sizeof(unsigned int); // 取出fixup字段地址。originsn = orig + *(unsigned int *)orig; // 根據(jù)相對偏移字段求出絕對地址originsn |= 0xffffffff00000000;fixinsn = fixup + *(unsigned int *)fixup;fixinsn |= 0xffffffff00000000;_get_symbol_pos(originsn, &size, &offset);_lookup_symbol_name(originsn, name);_lookup_symbol_name(fixinsn, fixname);printk("[%lx]%s+0x%lx/0x%lx [%lx]%s\n",originsn,name,offset,size,fixinsn,fixname);}return -1;}MODULE_LICENSE("GPL");
我們看下輸出：
# ___sys_recvmsg+0x253位置發(fā)生異常，跳轉(zhuǎn)到ffffffff81649396處理異常。[] [ffffffff8150d7a3]___sys_recvmsg+0x253/0x2b0 [ffffffff81649396]bad_to_user...# create_elf_tables+0x3cf位置處如果發(fā)生異常，跳轉(zhuǎn)到ffffffff81648a07地址執(zhí)行異常處理。[] [ffffffff8163250e]create_elf_tables+0x3cf/0x509 [ffffffff81648a1b]bad_gs
一般而言，類似bad_to_user，bad_from_user之類的異常處理函數(shù)都是直接返回用戶一個(gè)錯(cuò)誤碼，比如Bad address之類，并不是直接用戶程序直接段錯(cuò)誤，這一點(diǎn)和用戶態(tài)訪問非法地址直接發(fā)送SIGSEGV有所不同。比如：
#int main(int argc, char **argv){int fd;int ret;char *buf = (char *)0x56; // 顯然是一個(gè)非法地址。fd = open("/proc/sys/net/nf_conntrack_max", O_RDWR | O_CREAT, S_IRWXU);perror("open");ret = read(fd, buf, 100);perror("read");}
執(zhí)行之：
[root@localhost test]# ./a.outopen: Successread: Bad address # 沒有段錯(cuò)誤，只是一個(gè)普通錯(cuò)誤。
我們能不能將其行為修改成和用戶態(tài)訪問非法地址一致呢？簡單，替換掉bad_to_user即可，代碼如下：
// fix_ex.c###int (*_lookup_symbol_name)(unsigned long, char *);unsigned long (*_get_symbol_pos)(unsigned long, void *, void *);unsigned long start_ex, end_ex;void *_bad_from_user, *_bad_to_user;void kill_user_from(void){printk("經(jīng)理！rush tighten beat electric discourse!\n");force_sig(SIGSEGV, current);}void kill_user_to(void){printk("經(jīng)理！rush tighten beat electric discourse! SB 皮鞋\n");force_sig(SIGSEGV, current);}unsigned int old, new;int (*_lookup_symbol_name)(unsigned long, char *);unsigned long (*_get_symbol_pos)(unsigned long, void *, void *);int hook_fixup(void *origfunc1, void *origfunc2, void *newfunc1, void *newfunc2){unsigned long i;unsigned long fixup, fixinsn;char fixname[128];for(i = start_ex; i < end_ex; i += 2*sizeof(unsigned long)) {fixup = i + sizeof(unsigned int);fixinsn = fixup + *(unsigned int *)fixup;fixinsn |= 0xffffffff00000000;_lookup_symbol_name(fixinsn, fixname);if (!strcmp(fixname, origfunc1) ||!strcmp(fixname, origfunc2)) {unsigned long new;unsigned int newfix;if (!strcmp(fixname, origfunc1)) {new = (unsigned long)newfunc1;} else {new = (unsigned long)newfunc2;}new -= fixup;newfix = (unsigned int)new;*(unsigned int *)fixup = newfix;}}return 0;}int init_module(void){_lookup_symbol_name = (void *)kallsyms_lookup_name("lookup_symbol_name");_get_symbol_pos = (void *)kallsyms_lookup_name("get_symbol_pos");_bad_from_user = (void *)kallsyms_lookup_name("bad_from_user");_bad_to_user = (void *)kallsyms_lookup_name("bad_to_user");start_ex = (unsigned long)kallsyms_lookup_name("__start___ex_table");end_ex = (unsigned long)kallsyms_lookup_name("__stop___ex_table");hook_fixup("bad_from_user", "bad_to_user", kill_user_from, kill_user_to);return 0;}void cleanup_module(void){hook_fixup("kill_user_from", "kill_user_to", _bad_from_user, _bad_to_user);}MODULE_LICENSE("GPL");
編譯，加載，重新執(zhí)行我們的a.out：
[root@localhost test]# insmod ./fix_ex.ko[root@localhost test]# ./a.outopen: Success段錯(cuò)誤[root@localhost test]# dmesg[ 8686.091738] 經(jīng)理！rush tighten beat electric discourse! SB 皮鞋[root@localhost test]#
發(fā)生了段錯(cuò)誤，并且打印出了讓經(jīng)理趕緊打電話的句子。
其實(shí)，我的目的并不是這樣的，我真正的意思是，Linux的異常處理鏈表，又是一個(gè)藏污納垢的好地方，我們可以在上面的hook函數(shù)中藏一些代碼，比如說inline hook之類的，然后呢？然后靜悄悄地等待用戶態(tài)進(jìn)程的bug導(dǎo)致異常處理被執(zhí)行。將代碼注入的時(shí)間線拉長，從而更難讓運(yùn)維和經(jīng)理注意到。
讓代碼注入的時(shí)間點(diǎn)和模塊插入的時(shí)間點(diǎn)分開，讓事情更加混亂。不過，注意好隱藏模塊或者oneshot哦。
浙江溫州皮鞋濕，下雨進(jìn)水不會胖。
作者：dog250
來源：https://blog.csdn.net/dog250/article/details/106105523
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