datasheet

Linux阅码场

文章数:396 被阅读:523221

账号入驻

二十分钟Linux Ftrace原理抛砖引玉 | 文末互动送书

2018-12-01
    阅读数:

周末要去忙别的事情,所以没有时间总结些东西了,那就今晚写简单点吧。


我们可以通过objdump -D看到内核模块或者用户态程序里面的函数开头的指令,以便知道如果想hook它的话,要预先备份多少指令。


但是如何看到内核函数的开头几个指令呢?


我试图去objdump系统boot目录下的vmlinux,但是什么也看不到。这里说一句,如果你的/boot目录下只有vmlinuz,那么首先你必须将其解压成vmlinux,这个比较容易,内核源码或者内核头文件开发包中都自带了这个脚本:

然后去objdump这个生成的vmlinux的话,很遗憾,没有函数的名字。此时我能想到的办法就是自己写一个模块,然后从/proc/kallsyms文件中根据函数名字找到函数的起始地址,将此地址作为参数传递给内核模块,然后内核模块从该地址出开始打印即可,类似:

嗯,这严格遵循了UNIX的哲学,用小玩意儿组合的方式完成一件场面相对大的事。


但这并不好。我希望vmlinux作为一个二进制程序被objdump,因此我需要对应当前uname -r版本的debuginfo中的vmlinux,debuginfo中携带大量的字符符号信息。


于是就从centos官网上下载了一个,安装之,最后其vmlinux的位置在:

用上面的方法将其dump:

很久的时间,最终dump的大小是:

使用vim打开是比较费劲的,我是将其切割打开的,来看看同样的ip_rcv函数:

有点问题, 同样都是0xffffffff81636bc0这个地址,前5个字节怎么和我用模块dump下来的不一样??


这个时候,我们看看objdump结果的 callq ffffffff817290f0 <fentry> ,我们看看 fentry 到底是什么:

非常简单,你可以理解为就是一个ret(后面的各种尺寸的nop都是为了为了指令替换做支撑的)。


然而我们知道,这么一个在应用程序看来看似没用的call-and-ret序列,在CPU看来场面确实及其宏大的,所以在Linux内核启动的过程中,这个call __fentry__被替换成了标准的 5字节nop ,即 66 66 66 66 90,也就是我的模块里打印的结果。


也就是说Linux内核启动的过程中对每一个函数进行了一次 hot hook。所以说,静态的vmlinux中函数开头的5字节指令被动态替换成了运行时的nop!


那么,何必多此一举呢?


这就要引入ftrace了。仔细看dump文件里的下面这些信息:

其实这些辅助函数连同__fentry__就是用来支撑ftrace机制的,使得你一旦开启ftrace,便可以动态地对内核函数进行跟踪调试,非常方便,当然,如果你不开启ftrace,那么额外的支撑指令就像nop一样虚无。


这里只是花了20分钟时间抛个砖,顺势看下去,就会理解ftrace的原理和应用了。


顺便说一下,内核在使能ftrace的时候,其实也是需要将5字节nop换回call指令的,这又是一次hot hook的过程,为了防止 CPU0在取指第3个字节的时候,CPU1替换了第4个字节,导致CPU0误解了完整的5字节指令,造成不可预知的后果。 内核采用的机制和我前段时间hot hook时使用的机制是一致的,即先原子替换第一个字节为 0xcc, 即一个断点指令,然后再统一替换后面的。只不过我是借用了kprobe的int3,而ftrace则是直接替换,具体参见下面的函数:


浙江温州皮鞋👞湿,下雨☔️进水不会胖!

我们不太清楚有多少人在实战中使用类似的ftrace功能,解决过什么样的问题。在这里做个有奖调查,大家可以通过留言聊一聊你在工作中是怎么使用ftrace "Linux阅码场"公众号会选择二个人,送出二本签名版的《Linux设备驱动开发详解:基于新的Linux 4.0内核》



查看Linux阅码场精华技术文章请移步:

Linux阅码场原创精华文章汇总


求职招聘请移步:

阅码场: 连接企业和Linux/嵌入式人才的平台总线


扫描二维码关注我们 

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: TI培训

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2018 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved