怎么截獲Linux操作系統(tǒng)異常處理

本篇內(nèi)容介紹了“怎么截獲Linux操作系統(tǒng)異常處理”的有關(guān)知識(shí)，在實(shí)際案例的操作過(guò)程中，不少人都會(huì)遇到這樣的困境，接下來(lái)就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

在某些情況下，我們可能需要去截獲Linux操作系統(tǒng)的一些異常處理，比如截獲page fault異常處理。

可以修改內(nèi)核的情況下：

如果我們能夠修改內(nèi)核，那么截獲page fault異常處理就會(huì)非常簡(jiǎn)單。以linux 3.8.0內(nèi)核為例，系統(tǒng)中發(fā)生page fault之后，會(huì)進(jìn)入page fault異常處理，調(diào)用do_page_fault函數(shù)。do_page_fault的代碼如下：

dotraplinkage void __kprobes do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code) { exception_enter(regs); __do_page_fault(regs, error_code); exception_exit(regs); }

我們把do_page_fault函數(shù)的內(nèi)容提取出來(lái)，寫成一個(gè)新的函數(shù)default_do_page_fault。再增加一個(gè)函數(shù)指針do_page_fault_handler，初始化為default_do_page_fault。將原來(lái)的do_page_fault內(nèi)部改為調(diào)用函數(shù)指針do_page_fault_handler。修改之后的代碼如下：

void default_do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code) { exception_enter(regs); __do_page_fault(regs, error_code); exception_exit(regs); } EXPORT_SYMBOL(default_do_page_fault); typedef void (*do_page_fault_handler_t)(struct pt_regs *, unsigned long); do_page_fault_handler_t do_page_fault_handler = default_do_page_fault; EXPORT_SYMBOL(do_page_fault_handler); dotraplinkage void __kprobes do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code){ do_page_fault_handler(regs, error_code); }

由于do_page_fault_handler被EXPORT_SYMBOL導(dǎo)出，我們?cè)趦?nèi)核模塊中可以很方便地訪問(wèn)它。只要將do_page_fault_handler的值設(shè)置為自定義的page fault異常處理函數(shù)，就能完成截獲功能。如果想要恢復(fù)原來(lái)的異常處理函數(shù)，只需要再次把do_page_fault_handler設(shè)置為default_do_page_fault即可。

不能修改內(nèi)核的情況下：

但是有些情況下，我們不能直接修改內(nèi)核代碼，需要在已經(jīng)編譯好的內(nèi)核上完成截獲功能。

開始的時(shí)候，我考慮在do_page_fault函數(shù)開始處插入跳轉(zhuǎn)代碼，跳轉(zhuǎn)到自定義的page fault處理函數(shù)中。但是實(shí)踐的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，內(nèi)核不允許直接修改do_page_fault的代碼。

經(jīng)過(guò)一番調(diào)查，又想到一個(gè)新的辦法，即通過(guò)更改IDT表的方式來(lái)截獲page fault。

內(nèi)核原有的IDT表肯定是不能直接寫的，所以我申請(qǐng)了一個(gè)頁(yè)，將原來(lái)的IDT表復(fù)制過(guò)來(lái)，再更改頁(yè)面異常對(duì)應(yīng)的ISR(Interrupt Service Routine)。page fault的ISR名稱為page_fault，它將寄存器壓棧，將error number壓棧，然后調(diào)用do_page_fault，待do_page_fault返回之后再恢復(fù)寄存器，退出異常處理。

在Linux內(nèi)核中，ISR是用匯編寫的。例如，x86_64 Linux的ISR源碼位于內(nèi)核源碼arch/x86/kernel/entry_64.S中，X86_32的位于arch/x86/kernel/entry_32.S中。如果去讀entry_64.S或者entry_32.S，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)文件非常復(fù)雜，利用了很多的匯編宏和宏定義，無(wú)法方便地基于它們寫一個(gè)自定義的ISR出來(lái)。

我的解決辦法是將內(nèi)核編譯出來(lái)，反匯編vmlinux.o，然后查找page_fault，找到其匯編代碼。下面的匯編代碼就是linux-3.8.0 X86_64內(nèi)核的：

ffffffff8136f6f0 <page_fault>: ffffffff8136f6f0:       66 66 90                data32 xchg %ax,%ax ffffffff8136f6f3:       ff 15 07 0a 2b 00       callq  *0x2b0a07(%rip)        # ffffffff81620100 <pv_irq_ops+0x30> ffffffff8136f6f9:       48 83 ec 78             sub    $0x78,%rsp ffffffff8136f6fd:       e8 ae 01 00 00          callq  ffffffff8136f8b0 <error_entry> ffffffff8136f702:       48 89 e7                mov    %rsp,%rdi ffffffff8136f705:       48 8b 74 24 78          mov    0x78(%rsp),%rsi ffffffff8136f70a:       48 c7 44 24 78 ff ff    movq   $0xffffffffffffffff,0x78(%rsp) ffffffff8136f711:       ff ff ffffffff8136f713:       e8 1f 2e 00 00          callq  ffffffff81372537 <do_page_fault> 11 ffffffff8136f718:       e9 33 02 00 00          jmpq   ffffffff8136f950 <error_exit> 12 ffffffff8136f71d:       0f 1f 00                nopl   (%rax)

我仿照著寫了一個(gè)，名為my_page_fault：

asmlinkage void my_page_fault(void); asm("   .text"); asm("   .type my_page_fault,@function"); asm("my_page_fault:"); //the first 3 bytes of the routine basically do nothing, //but I decide to keep them because kernel may rely on them for some special purpose asm("   .byte 0x66"); asm("   xchg %ax, %ax"); asm("   callq *addr_adjust_exception_frame"); asm("   sub $0x78, %rsp"); asm("   callq *addr_error_entry"); asm("   mov %rsp, %rdi"); asm("   mov 0x78(%rsp), %rsi"); asm("   movq $0xffffffffffffffff, 0x78(%rsp)"); asm("   callq my_do_page_fault"); asm("   jmpq *addr_error_exit"); asm("   nopl (%rax)");

其中第9行addr_adjust_exception_frame是(pv_irq_ops+0x30)地址處存儲(chǔ)的值；第11行addr_error_entry是error_entry的地址；第16行addr_error_exit是error_exit的地址。這幾個(gè)值需要從System.map文件中查詢，然后用內(nèi)核模塊參數(shù)的形式傳入。而my_do_page_fault則是我們自己定義的page fault處理函數(shù)。

如果需要截獲X86_32的page fault，可以參考這個(gè)C文件。不過(guò)需要注意的是，新版內(nèi)核有所變動(dòng)，這里的代碼需要根據(jù)自己的情況做一些調(diào)整。

有了自定義的ISR之后，就可以將這個(gè)ISR填到IDT中，加載新的IDT表之后，自定義的page fault處理函數(shù)就開始發(fā)揮作用了。這個(gè)過(guò)程主要有以下幾個(gè)步驟：

• 用store_idt(&default_idtr)保存現(xiàn)有的IDT寄存器值

• 從default_idtr中讀出IDT表首地址和表的大小

• 申請(qǐng)一個(gè)頁(yè)面

• 將原來(lái)的idt表拷貝到新申請(qǐng)的頁(yè)面中

• 利用pack_gate將my_page_fault（注意不是my_do_page_fault）填入到對(duì)應(yīng)的IDT項(xiàng)中

• 在idtr中填寫新的IDT表地址和大小，用load_idt(&idtr)加載新的IDT表到當(dāng)前CPU

• 利用smp_call_function，將新的IDT表加載到其他CPU上。

如果想恢復(fù)原來(lái)的IDT表，則用load(&default_idtr)和smp_call_function加載原來(lái)的IDT表，釋放申請(qǐng)的頁(yè)面。

“怎么截獲Linux操作系統(tǒng)異常處理”的內(nèi)容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識(shí)可以關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編將為大家輸出更多高質(zhì)量的實(shí)用文章！