Kprobe添加linux内核钩子定位bug
2017-08-23 00:07
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一、kprobe简介
kprobe是一个动态地收集调试和性能信息的工具，它从Dprobe项目派生而来，是一种非破坏性工具，用户用它几乎可以跟踪任何函数或被执行的指令以及一些异步事件（如timer）。它的基本工作机制是：用户指定一个探测点，并把一个用户定义的处理函数关联到该探测点，当内核执行到该探测点时，相应的关联函数被执行，然后继续执行正常的代码路径。kprobe实现了三种类型的探测点: kprobes, jprobes和kretprobes (也叫返回探测点)。 kprobes是可以被插入到内核的任何指令位置的探测点，jprobes则只能被插入到一个内核函数的入口，而kretprobes则是在指定的内核函数返回时才被执行。
一般，使用kprobe的程序实现作一个内核模块，模块的初始化函数来负责安装探测点，退出函数卸载那些被安装的探测点。kprobe提供了接口函数（APIs）来安装或卸载探测点。目前kprobe支持如下架构：i386、x86_64、ppc64、ia64(不支持对slot1指令的探测)、sparc64
(返回探测还没有实现)。
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二、kprobe实现原理
当安装一个kprobes探测点时，kprobe首先备份被探测的指令，然后使用断点指令(即在i386和x86_64的int3指令)来取代被探测指令的头一个或几个字节。当CPU执行到探测点时，将因运行断点指令而执行trap操作，那将导致保存CPU的寄存器，调用相应的trap处理函数，而trap处理函数将调用相应的notifier_call_chain（内核中一种异步工作机制）中注册的所有notifier函数，kprobe正是通过向trap对应的notifier_call_chain注册关联到探测点的处理函数来实现探测处理的。当kprobe注册的notifier被执行时，它首先执行关联到探测点的pre_handler函数，并把相应的kprobestruct和保存的寄存器作为该函数的参数，接着，kprobe单步执行被探测指令的备份，最后，kprobe执行post_handler。等所有这些运行完毕后，紧跟在被探测指令后的指令流将被正常执行。
jprobe通过注册kprobes在被探测函数入口的来实现，它能无缝地访问被探测函数的参数。jprobe处理函数应当和被探测函数有同样的原型，而且该处理函数在函数末必须调用kprobe提供的函数jprobe_return()。当执行到该探测点时，kprobe备份CPU寄存器和栈的一些部分，然后修改指令寄存器指向jprobe处理函数，当执行该jprobe处理函数时，寄存器和栈内容与执行真正的被探测函数一模一样，因此它不需要任何特别的处理就能访问函数参数， 在该处理函数执行到最后时，它调用jprobe_return()，那导致寄存器和栈恢复到执行探测点时的状态，因此被探测函数能被正常运行。需要注意，被探测函数的参数可能通过栈传递，也可能通过寄存器传递，但是jprobe对于两种情况都能工作，因为它既备份了栈，又备份了寄存器，当然，前提是jprobe处理函数原型必须与被探测函数完全一样。
kretprobe也使用了kprobes来实现，当用户调用register_kretprobe()时，kprobe在被探测函数的入口建立了一个探测点，当执行到探测点时，kprobe保存了被探测函数的返回地址并取代返回地址为一个trampoline的地址，kprobe在初始化时定义了该trampoline并且为该trampoline注册了一个kprobe,当被探测函数执行它的返回指令时，控制传递到该trampoline，因此kprobe已经注册的对应于trampoline的处理函数将被执行，而该处理函数会调用用户关联到该kretprobe上的处理函数，处理完毕后，设置指令寄存器指向已经备份的函数返回地址，因而原来的函数返回被正常执行。
被探测函数的返回地址保存在类型为kretprobe_instance的变量中，结构kretprobe的maxactive字段指定了被探测函数可以被同时探测的实例数，函数register_kretprobe()将预分配指定数量的kretprobe_instance。如果被探测函数是非递归的并且调用时已经保持了自旋锁（spinlock），那么maxactive为1就足够了； 如果被探测函数是非递归的且运行时是抢占失效的，那么maxactive为NR_CPUS就可以了；如果maxactive被设置为小于等于0, 它被设置到缺省值（如果抢占使能，
即配置了 CONFIG_PREEMPT，缺省值为10和2*NR_CPUS中的最大值，否则缺省值为NR_CPUS）。
如果maxactive被设置的太小了，一些探测点的执行可能被丢失，但是不影响系统的正常运行，在结构kretprobe中nmissed字段将记录被丢失的探测点执行数，它在返回探测点被注册时设置为0，每次当执行探测函数而没有kretprobe_instance可用时，它就加1。
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三、kprobe的接口函数
kprobe为每一类型的探测点提供了注册和卸载函数。1．register_kprobe
它用于注册一个kprobes类型的探测点，其函数原型为：
int register_kprobe(struct kprobe *kp);
为了使用该函数，用户需要在源文件中包含头文件Linux/kprobes.h。
该函数的参数是struct kprobe类型的指针，struct kprobe包含了字段addr、pre_handler、post_handler和fault_handler，addr指定探测点的位置，pre_handler指定执行到探测点时执行的处理函数，post_handler指定执行完探测点后执行的处理函数，fault_handler指定错误处理函数，当在执行pre_handler、post_handler以及被探测函数期间发生错误时，它会被调用。在调用该注册函数前，用户必须先设置好struct kprobe的这些字段，用户可以指定任何处理函数为NULL。
该注册函数会在kp->addr地址处注册一个kprobes类型的探测点，当执行到该探测点时，将调用函数kp->pre_handler，执行完被探测函数后，将调用kp->post_handler。如果在执行kp->pre_handler或kp->post_handler时或在单步跟踪被探测函数期间发生错误，将调用kp->fault_handler。
该函数成功时返回0，否则返回负的错误码。
探测点处理函数pre_handler的原型如下：
int pre_handler(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs);
用户必须按照该原型参数格式定义自己的pre_handler，当然函数名取决于用户自己。参数p就是指向该处理函数关联到的kprobes探测点的指针，可以在该函数内部引用该结构的任何字段，就如同在使用调用register_kprobe时传递的那个参数。参数regs指向运行到探测点时保存的寄存器内容。kprobe负责在调用pre_handler时传递这些参数，用户不必关心，只是要知道在该函数内你能访问这些内容。
一般地，它应当始终返回0，除非用户知道自己在做什么。
探测点处理函数post_handler的原型如下：
void post_handler(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs, unsigned long flags);
前两个参数与pre_handler相同，最后一个参数flags总是0。
错误处理函数fault_handler的原刑如下：
int fault_handler(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs, int trapnr);
前两个参数与pre_handler相同，第三个参数trapnr是与错误处理相关的架构依赖的trap号（例如，对于i386，通常的保护错误是13，而页失效错误是14）。
如果成功地处理了异常，它应当返回1。
2．register_jprobe
该函数用于注册jprobes类型的探测点，它的原型如下：
int register_jprobe(struct jprobe *jp);
为了使用该函数，用户需要在源文件中包含头文件linux/kprobes.h。
用户在调用该注册函数前需要定义一个struct jprobe类型的变量并设置它的kp.addr和entry字段，kp.addr指定探测点的位置，它必须是被探测函数的第一条指令的地址，entry指定探测点的处理函数，该处理函数的参数表和返回类型应当与被探测函数完全相同，而且它必须正好在返回前调用jprobe_return()。如果被探测函数被声明为asmlinkage、fastcall或影响参数传递的任何其他形式，那么相应的处理函数也必须声明为相应的形式。
该注册函数在jp->kp.addr注册一个jprobes类型的探测点，当内核运行到该探测点时，jp->entry指定的函数会被执行。
如果成功，该函数返回0，否则返回负的错误码。
3．register_kretprobe
该函数用于注册类型为kretprobes的探测点，它的原型如下：
int register_kretprobe(struct kretprobe *rp);
为了使用该函数，用户需要在源文件中包含头文件linux/kprobes.h。
该注册函数的参数为struct kretprobe类型的指针，用户在调用该函数前必须定义一个struct kretprobe的变量并设置它的kp.addr、handler以及maxactive字段，kp.addr指定探测点的位置，handler指定探测点的处理函数，maxactive指定可以同时运行的最大处理函数实例数，它应当被恰当设置，否则可能丢失探测点的某些运行。
该注册函数在地址rp->kp.addr注册一个kretprobe类型的探测点，当被探测函数返回时，rp->handler会被调用。
如果成功，它返回0，否则返回负的错误码。
kretprobe处理函数的原型如下：
int kretprobe_handler(struct kretprobe_instance *ri, struct pt_regs *regs);
参数regs指向保存的寄存器，ri指向类型为struct kretprobe_instance的变量，该结构的ret_addr字段表示返回地址，rp指向相应的kretprobe_instance变量，task字段指向相应的task_struct。结构struct kretprobe_instance是注册函数register_kretprobe根据用户指定的maxactive值来分配的，kprobe负责在调用kretprobe处理函数时传递相应的kretprobe_instance。
4．unregister_*probe
对应于每一个注册函数，有相应的卸载函数。
void unregister_kprobe(struct kprobe *kp); void unregister_jprobe(struct jprobe *jp); void unregister_kretprobe(struct kretprobe *rp);
上面是对应与三种探测点类型的卸载函数，当使用探测点的模块卸载或需要卸载已经注册的探测点时，需要使用相应的卸载函数来卸载已经注册的探测点，kp，jp和rp分别为指向结构struct kprobe，struct jprobe和struct kretprobe的指针，它们应当指向调用对应的注册函数时使用的那个结构，也就说注册和卸载必须针对同样的探测点，否则会导致系统崩溃。这些卸载函数可以在注册后的任何时刻调用。
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四、kprobe的特点和限制
kprobe允许在同一地址注册多个kprobes，但是不能同时在该地址上有多个jprobes。通常，用户可以在内核的任何位置注册探测点，特别是可以对中断处理函数注册探测点，但是也有一些例外。如果用户尝试在实现kprobe的代码(包括kernel/kprobes.c和arch/*/kernel/kprobes.c以及do_page_fault和notifier_call_chain)中注册探测点，register_*probe将返回-EINVAL.
如果为一个内联(inline)函数注册探测点，kprobe无法保证对该函数的所有实例都注册探测点，因为gcc可能隐式地内联一个函数。因此，要记住，用户可能看不到预期的探测点的执行。
一个探测点处理函数能够修改被探测函数的上下文，如修改内核数据结构，寄存器等。因此，kprobe可以用来安装bug解决代码或注入一些错误或测试代码。
如果一个探测处理函数调用了另一个探测点，该探测点的处理函数不将运行，但是它的nmissed数将加1。多个探测点处理函数或同一处理函数的多个实例能够在不同的CPU上同时运行。
除了注册和卸载，kprobe不会使用mutexe或分配内存。
探测点处理函数在运行时是失效抢占的，依赖于特定的架构，探测点处理函数运行时也可能是中断失效的。因此，对于任何探测点处理函数，不要使用导致睡眠或进程调度的任何内核函数（如尝试获得semaphore)。
kretprobe是通过取代返回地址为预定义的trampoline的地址来实现的，因此栈回溯和gcc内嵌函数__builtin_return_address()调用将返回trampoline的地址而不是真正的被探测函数的返回地址。
如果一个函数的调用次数与它的返回次数不相同，那么在该函数上注册的kretprobe探测点可能产生无法预料的结果（do_exit()就是一个典型的例子，但do_execve() 和 do_fork()没有问题）。
当进入或退出一个函数时，如果CPU正运行在一个非当前任务所有的栈上，那么该函数的kretprobe探测可能产生无法预料的结果，因此kprobe并不支持在x86_64上对__switch_to()的返回探测，如果用户对它注册探测点，注册函数将返回-EINVAL。
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五、如何让内核支持kprobe
kprobe已经被包含在2.6内核中，但是只有最新的内核才提供了上面描述的全部功能，因此如果读者想实验本文附带的内核模块，需要最新的内核，作者在2.6.18内核上测试的这些代码。内核缺省时并没有使能kprobe，因此用户需使能它。为了使能kprobe，用户必须在编译内核时设置CONFIG_KPROBES，即选择在“Instrumentation Support“中的“Kprobes”项。如果用户希望动态加载和卸载使用kprobe的模块，还必须确保“Loadable module support” (CONFIG_MODULES)和“Module unloading” (CONFIG_MODULE_UNLOAD)设置为y。如果用户还想使用kallsyms_lookup_name()来得到被探测函数的地址，也要确保CONFIG_KALLSYMS设置为y，当然设置CONFIG_KALLSYMS_ALL为y将更好。
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六、kprobe使用实例
本文附带的包包含了三个示例模块，kprobe-exam.c是kprobes使用示例，jprobe-exam.c是jprobes使用示例，kretprobe-exam.c是kretprobes使用示例，读者可以下载该包并执行如下指令来实验这些模块：$ tar -jxvf kprobes-examples.tar.bz2 $ cd kprobes-examples $ make … $ su - … $ insmod kprobe-example.ko $ dmesg … $ rmmod kprobe-example $ dmesg … $ insmod jprobe-example.ko $ cat kprobe-example.c $dmesg … $ rmmod jprobe-example $ dmesg … $ insmod kretprobe-example.ko $ dmesg … $ ls -Rla / > /dev/null & $ dmesg … $ rmmod kretprobe-example $ dmesg … $
示例模块kprobe-exame.c探测schedule()函数，在探测点执行前后分别输出当前正在运行的进程、所在的CPU以及preempt_count()，当卸载该模块时将输出该模块运行时间以及发生的调度次数。这是该模块在作者系统上的输出：
kprobe registered current task on CPU#1: swapper (before scheduling), preempt_count = 0 current task on CPU#1: swapper (after scheduling), preempt_count = 0 current task on CPU#0: insmod (before scheduling), preempt_count = 0 current task on CPU#0: insmod (after scheduling), preempt_count = 0 current task on CPU#1: klogd (before scheduling), preempt_count = 0 current task on CPU#1: klogd (after scheduling), preempt_count = 0 current task on CPU#1: klogd (before scheduling), preempt_count = 0 current task on CPU#1: klogd (after scheduling), preempt_count = 0 current task on CPU#1: klogd (before scheduling), preempt_count = 0 … Scheduling times is 5918 during of 7655 milliseconds. kprobe unregistered
示例模块jprobe-exam.c是一个jprobes探测例子，它示例了获取系统调用open的参数，但读者不要试图在实际的应用中这么使用，因为copy_from_user可能导致睡眠，而kprobe并不允许在探测点处理函数中这么做（请参看前面内容了解详细描述）。
这是该模块在作者系统上的输出：
Registered a jprobe.
process 'cat' call open('/etc/ld.so.cache', 0, 0)
process 'cat' call open('/lib/libc.so.6', 0, -524289)
process 'cat' call open('/usr/lib/locale/locale-archive', 32768, 1)
process 'cat' call open('/usr/share/locale/locale.alias', 0, 438)
process 'cat' call open('/usr/lib/locale/en_US.UTF-8/LC_CTYPE', 0, 0)
process 'cat' call open('/usr/lib/locale/en_US.utf8/LC_CTYPE', 0, 0)
process 'cat' call open('/usr/lib/gconv/gconv-modules.cache', 0, 0)
process 'cat' call open('kprobe-exam.c', 32768, 0)
…
process 'rmmod' call open('/etc/ld.so.cache', 0, 0)
process 'rmmod' call open('/lib/libc.so.6', 0, -524289)
process 'rmmod' call open('/proc/modules', 0, 438)
jprobe unregistered示例模块kretprobe-exam.c是一个返回探测例子，它探测系统调用open并输出返回值小于0的情况。它也有意设置maxactive为1，以便示例丢失探测运行的情况，当然，只有系统并发运行多个sys_open才可能导致这种情况，因此，读者需要有SMP的系统或者有超线程支持才能看到这种情况。如果读者比较仔细，会看到在前面的命令有”ls -Rla / > /dev/null & ，那是专门为了导致出现丢失探测运行的。
这是该模块在作者系统上的输出：
Registered a return probe. sys_open returns -2 sys_open returns -2 sys_open returns -2 sys_open returns -2 sys_open returns -2 sys_open returns -2 sys_open returns -2 sys_open returns -2 sys_open returns -2 sys_open returns -2 sys_open returns -2 sys_open returns -2 … kretprobe unregistered Missed 11 sys_open probe instances.
Kprobe机制是内核提供的一种调试机制，它提供了一种方法，能够在不修改现有代码的基础上，灵活的跟踪内核函数的执行。它的基本工作原理是：用户指定一个探测点，并把一个用户定义的处理函数关联到该探测点，当内核执行到该探测点时，相应的关联函数被执行，然后继续执行正常的代码路径。
Kprobe提供了三种形式的探测点，一种是最基本的kprobe，能够在指定代码执行前、执行后进行探测，但此时不能访问被探测函数内的相关变量信息；一种是jprobe，用于探测某一函数的入口，并且能够访问对应的函数参数；一种是kretprobe，用于完成指定函数返回值的探测功能。其中最基本的就是kprobe机制，jprobe以及kretprobe的实现都依赖于kprobe，但其代码的实现都很巧妙，强烈建议每一个内核爱好者阅读。
好了，闲话少叙，开始上代码：
首先是struct kprobe结构，每一个探测点的基本结构。
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struct kprobe
{
/*用于保存kprobe的全局hash表，以被探测的addr为key*/
struct hlist_node hlist;
/* list of kprobes for multi-handler support */
/*当对同一个探测点存在多个探测函数时，所有的函数挂在这条链上*/
struct list_head
list;
/*count the number of times this probe was temporarily disarmed */
unsigned long nmissed;
/* location of the probe point */
/*被探测的目标地址*/
kprobe_opcode_t *addr;
/* Allow user to indicate symbol name of the probe point */
/*symblo_name的存在，允许用户指定函数名而非确定的地址*/
const char*symbol_name;
/* Offset into the symbol */
/*如果被探测点为函数内部某个指令，需要使用addr + offset的方式*/
unsigned int offset;
/* Called before addr is executed. */
/*探测函数，在目标探测点执行之前调用*/
kprobe_pre_handler_t pre_handler;
/* Called after addr is executed, unless... */
/*探测函数，在目标探测点执行之后调用*/
kprobe_post_handler_t post_handler;
/*
* ... called if executing addr causes a fault (eg. page fault).
* Return 1 if it handled fault, otherwise kernel will see it.
*/
kprobe_fault_handler_t fault_handler;
/*
* ... called if breakpoint trap occurs in probe handler.
* Return 1 if it handled break, otherwise kernel will see it.
*/
kprobe_break_handler_t break_handler;
/*opcode 以及 ainsn 用于保存被替换的指令码*/
/* Saved opcode (which has been replaced with breakpoint) */
kprobe_opcode_t opcode;
/* copy of the original instruction */
struct arch_specific_insn ainsn;
/*
* Indicates various status flags.
* Protected by kprobe_mutex after this kprobe is registered.
*/
u32 flags;
};
对于kprobe功能的实现主要利用了内核中的两个功能特性：异常（尤其是int 3），单步执行（EFLAGS中的TF标志）。
大概的流程：
1）在注册探测点的时候，对被探测函数的指令码进行替换，替换为int 3的指令码；
2）在执行int 3的异常执行中，通过通知链的方式调用kprobe的异常处理函数；
3）在kprobe的异常出来函数中，判断是否存在pre_handler钩子，存在则执行；
4）执行完后，准备进入单步调试，通过设置EFLAGS中的TF标志位，并且把异常返回的地址修改为保存的原指令码；
5）代码返回，执行原有指令，执行结束后触发单步异常；
6）在单步异常的处理中，清除单步标志，执行post_handler流程，并最终返回；
下面又进入代码时间，首先看一下kprobe模块的初始化代码，初始化代码主要做了两件事：标记出哪些代码是不能被探测的，这些代码属于kprobe实现的关键代码；注册通知链到die_notifier，用于接收异常通知。
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初始化代码位于kernel/kprobes.c中
static int __init init_kprobes(void)
{
int i, err= 0;
....
/*kprobe_blacklist中保存的是kprobe实现的关键代码路径，这些函数不应该被kprobe探测*/
/*
* Lookup and populate the kprobe_blacklist.
*
* Unlike the kretprobe blacklist, we'll need to determine
* the range of addresses that belong to the said functions,
* since a kprobe need not necessarily be at the beginning
* of a function.
*/
for (kb= kprobe_blacklist; kb->name!=
NULL; kb++){
kprobe_lookup_name(kb->name, addr);
if (!addr)
continue;
kb->start_addr=
(unsignedlong)addr;
symbol_name = kallsyms_lookup(kb->start_addr,
&size,&offset,
&modname, namebuf);
if (!symbol_name)
kb->range= 0;
else
kb->range=
size;
}
....
if (!err)
/*注册通知链到die_notifier，用于接收int 3的异常信息*/
err = register_die_notifier(&kprobe_exceptions_nb);
....
}
其中的通知链：
static struct notifier_block kprobe_exceptions_nb=
{
.notifier_call
= kprobe_exceptions_notify,
/*优先级最高，保证最先执行*/
.priority
= 0x7fffffff /* we need to be notified first */
};
kprobe的注册流程register_kprobe。
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int __kprobes register_kprobe(struct kprobe*p)
{
int ret = 0;
struct kprobe
*old_p;
struct module
*probed_mod;
kprobe_opcode_t *addr;
/*获取被探测点的地址，指定了symbol_name，则从kallsyms中获取；指定了offset，则返回addr + offset*/
addr = kprobe_addr(p);
if (!addr)
return
-EINVAL;
p->addr= addr;
/*判断同一个kprobe是否被重复注册*/
ret = check_kprobe_rereg(p);
if (ret)
return ret;
jump_label_lock();
preempt_disable();
/*判断被注册的函数是否位于内核的代码段内，或位于不能探测的kprobe实现路径中*/
if (!kernel_text_address((unsignedlong)
p->addr)||
in_kprobes_functions((unsignedlong) p->addr)||
ftrace_text_reserved(p->addr, p->addr)||
jump_label_text_reserved(p->addr, p->addr))
goto fail_with_jump_label;
/* User can pass only KPROBE_FLAG_DISABLED to register_kprobe */
p->flags&= KPROBE_FLAG_DISABLED;
/*
* Check if are we probing a module.
*/
/*判断被探测的地址是否属于某一个模块，并且位于模块的text section内*/
probed_mod = __module_text_address((unsignedlong) p->addr);
if (probed_mod){
/*如果被探测的为模块地址，首先要增加模块的引用计数*/
/*
* We must hold a refcount of the probed module while updating
* its code to prohibit unexpected unloading.
*/
if (unlikely(!try_module_get(probed_mod)))
goto fail_with_jump_label;
/*
* If the module freed .init.text, we couldn't insert
* kprobes in there.
*/
/*如果被探测的地址位于模块的init地址段内，但该段代码区间已被释放，则直接退出*/
if (within_module_init((unsignedlong)p->addr,
probed_mod)&&
probed_mod->state!= MODULE_STATE_COMING){
module_put(probed_mod);
goto fail_with_jump_label;
}
}
preempt_enable();
jump_label_unlock();
p->nmissed= 0;
INIT_LIST_HEAD(&p->list);
mutex_lock(&kprobe_mutex);
jump_label_lock();/* needed to call jump_label_text_reserved() */
get_online_cpus(); /* For avoiding text_mutex deadlock. */
mutex_lock(&text_mutex);
/*判断在同一个探测点是否已经注册了其他的探测函数*/
old_p = get_kprobe(p->addr);
if (old_p){
/* Since this may unoptimize old_p, locking text_mutex. */
/*如果已经存在注册过的kprobe，则将探测点的函数修改为aggr_pre_handler，并将所有的handler挂载到其链表上，由其负责所有handler函数的执行*/
ret = register_aggr_kprobe(old_p, p);
goto out;
}
/* 分配特定的内存地址用于保存原有的指令
* 按照内核注释，被分配的地址必须must be on special executable page on x86.
* 该地址被保存在kprobe->ainsn.insn
*/
ret = arch_prepare_kprobe(p);
if (ret)
goto out;
/*将kprobe加入到相应的hash表内*/
INIT_HLIST_NODE(&p->hlist);
hlist_add_head_rcu(&p->hlist,
&kprobe_table[hash_ptr(p->addr, KPROBE_HASH_BITS)]);
if (!kprobes_all_disarmed&&
!kprobe_disabled(p))
/*将探测点的指令码修改为int 3指令*/
__arm_kprobe(p);
/* Try to optimize kprobe */
try_to_optimize_kprobe(p);
out:
mutex_unlock(&text_mutex);
put_online_cpus();
jump_label_unlock();
mutex_unlock(&kprobe_mutex);
if (probed_mod)
module_put(probed_mod);
return ret;
fail_with_jump_label:
preempt_enable();
jump_label_unlock();
return -EINVAL;
注册完毕，就开始kprobe的执行流程了。对于该探测点，由于其起始指令已经被修改为int3，因此在执行到该地址时，必然会触发3号中断向量的处理流程do_int3.
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/* May run on IST stack. */
dotraplinkage void __kprobes do_int3(struct pt_regs*regs,
long error_code)
{
#ifdef CONFIG_KGDB_LOW_LEVEL_TRAP
if (kgdb_ll_trap(DIE_INT3,"int3", regs,
error_code, 3, SIGTRAP)
== NOTIFY_STOP)
return;
#endif /* CONFIG_KGDB_LOW_LEVEL_TRAP */
#ifdef CONFIG_KPROBES
/*在这里以DIE_INT3，通知kprobe注册的通知链*/
if (notify_die(DIE_INT3,"int3", regs,
error_code, 3, SIGTRAP)
== NOTIFY_STOP)
return;
#else
if (notify_die(DIE_TRAP,"int3", regs,
error_code, 3, SIGTRAP)
== NOTIFY_STOP)
return;
#endif
preempt_conditional_sti(regs);
do_trap(3, SIGTRAP,"int3", regs, error_code,NULL);
preempt_conditional_cli(regs);
}
在do_int3中触发kprobe注册的通知链函数，kprobe_exceptions_notify。由于kprobe以及jprobe等机制的处理核心都在此函数内，这里只针对kprobe的流程进行分析：进入函数的原因是DIE_INT3,并且是第一次进入该函数。
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int __kprobes kprobe_exceptions_notify(struct notifier_block*self,
unsigned long val,void
*data)
{
struct die_args
*args = data;
int ret = NOTIFY_DONE;
if (args->regs&& user_mode_vm(args->regs))
return ret;
switch (val){
case DIE_INT3:
/*对于kprobe，进入kprobe_handle*/
if (kprobe_handler(args->regs))
ret = NOTIFY_STOP;
break;
case DIE_DEBUG:
if (post_kprobe_handler(args->regs)){
/*
* Reset the BS bit in dr6 (pointed by args->err) to
* denote completion of processing
*/
(*(unsignedlong
*)ERR_PTR(args->err))&=
~DR_STEP;
ret = NOTIFY_STOP;
}
break;
case DIE_GPF:
/*
* To be potentially processing a kprobe fault and to
* trust the result from kprobe_running(), we have
* be non-preemptible.
*/
if (!preemptible()&&
kprobe_running()&&
kprobe_fault_handler(args->regs, args->trapnr))
ret = NOTIFY_STOP;
break;
default:
break;
}
return ret;
}
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static int __kprobes kprobe_handler(struct pt_regs*regs)
{
kprobe_opcode_t *addr;
struct kprobe
*p;
struct kprobe_ctlblk
*kcb;
/*对于int 3中断，其被Intel定义为Trap，那么异常发生时EIP寄存器内指向的为异常指令的后一条指令*/
addr = (kprobe_opcode_t*)(regs->ip-
sizeof(kprobe_opcode_t));
/*
* We don't want to be preempted for the entire
* duration of kprobe processing. We conditionally
* re-enable preemption at the end of this function,
* and also in reenter_kprobe() and setup_singlestep().
*/
preempt_disable();
kcb = get_kprobe_ctlblk();
/*获取addr对应的kprobe*/
p = get_kprobe(addr);
if (p){
/*如果异常的进入是由kprobe导致，则进入reenter_kprobe(jprobe需要，到时候分析)*/
if (kprobe_running()){
if
(reenter_kprobe(p, regs, kcb))
return 1;
} else{
set_current_kprobe(p, regs, kcb);
kcb->kprobe_status= KPROBE_HIT_ACTIVE;
/*
* If we have no pre-handler or it returned 0, we
* continue with normal processing. If we have a
* pre-handler and it returned non-zero, it prepped
* for calling the break_handler below on re-entry
* for jprobe processing, so get out doing nothing
* more here.
*/
/*执行在此地址上挂载的pre_handle函数*/
if
(!p->pre_handler||
!p->pre_handler(p, regs))
/*设置单步调试模式，为post_handle函数的执行做准备*/
setup_singlestep(p, regs, kcb, 0);
return 1;
}
} elseif
(*addr!= BREAKPOINT_INSTRUCTION){
/*
* The breakpoint instruction was removed right
* after we hit it. Another cpu has removed
* either a probepoint or a debugger breakpoint
* at this address. In either case, no further
* handling of this interrupt is appropriate.
* Back up over the (now missing) int3 and run
* the original instruction.
*/
regs->ip=
(unsignedlong)addr;
preempt_enable_no_resched();
return 1;
} elseif
(kprobe_running()){
p = __this_cpu_read(current_kprobe);
if (p->break_handler&& p->break_handler(p,
regs)){
setup_singlestep(p, regs, kcb, 0);
return 1;
}
} /* else: not a kprobe fault; let the kernel handle it */
preempt_enable_no_resched();
return 0;
}
点击(此处)折叠或打开
static void __kprobes setup_singlestep(struct kprobe*p,
struct pt_regs *regs,
struct kprobe_ctlblk
*kcb, int reenter)
{
if (setup_detour_execution(p, regs, reenter))
return;
#if !defined(CONFIG_PREEMPT)
if (p->ainsn.boostable==
1 &&
!p->post_handler){
/* Boost up -- we can execute copied instructions directly */
if (!reenter)
reset_current_kprobe();
/*
* Reentering boosted probe doesn't reset current_kprobe,
* nor set current_kprobe, because it doesn't use single
* stepping.
*/
regs->ip=
(unsignedlong)p->ainsn.insn;
preempt_enable_no_resched();
return;
}
#endif
/*jprobe*/
if (reenter){
save_previous_kprobe(kcb);
set_current_kprobe(p, regs, kcb);
kcb->kprobe_status= KPROBE_REENTER;
} else
kcb->kprobe_status= KPROBE_HIT_SS;
/* Prepare real single stepping */
/*准备单步模式，设置EFLAGS的TF标志位，清楚IF标志位(禁止中断)*/
clear_btf();
regs->flags|= X86_EFLAGS_TF;
regs->flags&=
~X86_EFLAGS_IF;
/* single step inline if the instruction is an int3 */
if (p->opcode== BREAKPOINT_INSTRUCTION)
regs->ip=
(unsignedlong)p->addr;
else
/*设置异常返回的指令为保存的被探测点的指令*/
regs->ip=
(unsignedlong)p->ainsn.insn;
}
对应kprobe,pre_handle的执行就结束了，按照代码，程序开始执行保存的被探测点的指令，由于开启了单步调试模式，执行完指令后会继续触发异常，这次的是do_debug异常处理流程。
点击(此处)折叠或打开
dotraplinkage void __kprobes do_debug(struct pt_regs*regs,
long error_code)
{
....
/*在do_debug中，以DIE_DEBUG再一次触发kprobe的通知链*/
if (notify_die(DIE_DEBUG,"debug", regs,
PTR_ERR(&dr6), error_code,
SIGTRAP)
== NOTIFY_STOP)
return;
....
return;
}
点击(此处)折叠或打开
/*对于kprobe_exceptions_notify，其DIE_DEBUG处理流程*/
case DIE_DEBUG:
if (post_kprobe_handler(args->regs)){
/*
* Reset the BS bit in dr6 (pointed by args->err) to
* denote completion of processing
*/
(*(unsignedlong
*)ERR_PTR(args->err))&=
~DR_STEP;
ret = NOTIFY_STOP;
}
break;
static int __kprobes post_kprobe_handler(struct pt_regs*regs)
{
struct kprobe
*cur = kprobe_running();
struct kprobe_ctlblk
*kcb = get_kprobe_ctlblk();
if (!cur)
return 0;
/*设置异常返回的EIP为下一条需要执行的指令*/
resume_execution(cur, regs, kcb);
/*恢复异常执行前的EFLAGS*/
regs->flags|= kcb->kprobe_saved_flags;
/*执行post_handler函数*/
if ((kcb->kprobe_status!=
KPROBE_REENTER)&& cur->post_handler){
kcb->kprobe_status= KPROBE_HIT_SSDONE;
cur->post_handler(cur, regs, 0);
}
/* Restore back the original saved kprobes variables and continue. */
if (kcb->kprobe_status== KPROBE_REENTER){
restore_previous_kprobe(kcb);
goto out;
}
reset_current_kprobe();
out:
preempt_enable_no_resched();
/*
* if somebody else is singlestepping across a probe point, flags
* will have TF set, in which case, continue the remaining processing
* of do_debug, as if this is not a probe hit.
*/
if (regs->flags& X86_EFLAGS_TF)
return 0;
return 1;
}
至此，一个典型的kprobe的流程已经执行完毕了。
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