了解收到用于空取消引用的 SIGSEGV 后的内核流程

Question

我试图弄清楚当我们编写这两个代码时 Linux 内核（x86_64，v6.9）内部发生的事情的顺序：

// Null-dereference + writing to page zero
*(char *)0 = 0;

// Null-dereference + only reading from page zero
char c = *(char *)0;

我尝试用 Ftrace 对其进行分析，这就是我得到的结果：

handle_mm_fault <-- do_user_addr_fault
sanitize_fault_flags <-- handle_mm_fault
arch_vma_access_permitted <-- handle_mm_fault
bad_area_nosemaphore <-- do_user_addr_fault
__bad_area_nosemaphore <-- do_user_addr_fault
force_sig_fault <-- __bad_area_nosemaphore

因此，根据我的理解，我们导致了页面错误，并且以某种方式

arch_vma_access_permitted()

或

sanitize_fault_flags()

决定返回

VM_FAULT_SIGSEGV

，并且

__bad_area_nosemaphore()

使用它向带有

SIGSEGV

的进程发送

force_sig_fault()

。我的问题是，第 0 页的权限是什么？它是否首先被映射？如果没有，那么我认为

vma_is_foreign()

应该涵盖这种情况并导致分段错误。我还在

load_elf_binary()

中发现了一些有趣的东西，用于模拟以前 Linux 版本的 ABI 行为：

if (current->personality & MMAP_PAGE_ZERO) {
        /* Why this, you ask???  Well SVr4 maps page 0 as read-only,
           and some applications "depend" upon this behavior.
           Since we do not have the power to recompile these, we
           emulate the SVr4 behavior. Sigh. */
        error = vm_mmap(NULL, 0, PAGE_SIZE, PROT_READ | PROT_EXEC,
                        MAP_FIXED | MAP_PRIVATE, 0);
}

其中最令人困惑的部分是

PROT_EXEC

。 为什么我们需要将指令存储在第 0 页内？ 如果它也有

PROT_READ

，那么当

current->personality

有

MMAP_PAGE_ZERO

时，从第 0 页读取应该不会导致分段错误，对吗？找不到 SVr4 规范，所以我不确定详细信息。我也不确定这个

personality

何时适用于任务，但我们可以得出结论，在某些情况下，页面零 GETS 被映射（当然，如果

mmap()

为零，我们可以使用

mmap_min_addr

重新映射它，但我是现在谈论默认行为，而不是重新映射）。我找不到任何其他映射零页的

vm_mmap()

或

do_mmap()

。

Answer 1

零页的权限是什么？它一开始就被映射了吗？

事实并非如此。除了您显示的这段奇怪的代码，或其他异常（例如用户空间在

vm.mmap_min_addr = 0

时明确请求映射它），那么零页面永远不会自动映射。

这与任何其他页面相同，虚拟地址为零的事实并没有真正使它变得特别。当故障发生时，您将准确地结束于here，因为该进程没有对应的映射（

vma

）。

不知道为什么你要提到

vma_is_foreign()

，但如果你一开始就没有

vma

，那么就不能真正调用它。

__bad_area_nosemaphore()

将负责

SIGSEGV

传递，调用

force_sig_fault()

，然后调用另一系列函数来传递信号。

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其中最令人困惑的部分是PROT_EXEC。为什么我们需要将指令存储在第 0 页内？

旧软件期望读取意味着执行行为，因为这就是硬件过去的工作方式。事实上，对于较旧的 x86 32 位 CPU，甚至对于在 x86_64 上运行的某些 32 位软件，情况仍然如此。 看看这个评论例如。

如果它也有 PROT_READ，那么当 current->personality 有 MMAP_PAGE_ZERO 时，从第 0 页读取不应该导致分段错误，对吗？

对。

我也不确定这种性格何时适用于某项任务

主要取决于底层架构。特定于 Arch 的代码选择要在新执行人员上切换哪些个性位。

SET_PERSONALITY

和

SET_PERSONALITY2

宏由每个拱门定义，您可以在 here 和 here 看到不同的定义。