[LINUX] Lesen Sie auch den Inhalt von arch / arm / kernel / swp_emulate.c

https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/stable/linux.git/tree/arch/arm/kernel/swp_emulate.c

Warum brauchen Sie überhaupt eine SWP-Emulation?

Kurz zusammengefasst

(1) Ursprünglich gab es einen SWP-Befehl zum Datenaustausch zwischen zwei Registern. (2) Als es sich um eine Mehrkern-CPU handelte, wurde eine ausschließliche Steuerung mit einer anderen CPU erforderlich. (3) Ich möchte sagen, dass Sie keine SWP-Anweisungen in den oberen Schichten verwenden sollten. Das konnte ich jedoch nicht sagen, daher brauchte ich einen Mechanismus für die weiche Emulation auf der Kernelseite.

nicht wahr…….

Beachten Sie, dass der xchg-Befehl zum Datenaustausch auch in anderen Architekturen wie x86 vorhanden ist.

Link zur ARM-Dokumentation

SWP-Anweisung

LDREX-Anweisung / STREX-Anweisung

1. Registrieren Sie die SWP-Emuration beim Start in trap.c

Fordern Sie die Registrierung der Hook-Funktion von swp_emulate.c zu traps.c an

Beim Start wird late_initcall (swp_emulation_init);swp_emulation_init ()register_undef_hook () zu einer Aufrufkette und swp_handler () wird bei undef_hook registriert.

arch/arm/kernel/swp_emulate.c"


/*
 * Only emulate SWP/SWPB executed in ARM state/User mode.
 * The kernel must be SWP free and SWP{B} does not exist in Thumb/ThumbEE.
 */
static struct undef_hook swp_hook = {
    .instr_mask = 0x0fb00ff0,
    .instr_val  = 0x01000090,
    .cpsr_mask  = MODE_MASK | PSR_T_BIT | PSR_J_BIT,
    .cpsr_val   = USR_MODE,
    .fn     = swp_Handler ★★★★★ hier
};

/*
 * Register handler and create status file in /proc/cpu
 * Invoked as late_initcall, since not needed before init spawned.
 */
static int __init swp_emulation_init(void)
{
    if (cpu_architecture() < CPU_ARCH_ARMv7)
        return 0;

#ifdef CONFIG_PROC_FS
    if (!proc_create_single("cpu/swp_emulation", S_IRUGO, NULL,
            proc_status_show))
        return -ENOMEM;
#endif /* CONFIG_PROC_FS */

    pr_notice("Registering SWP/SWPB emulation handler\n");
    register_undef_hook(&swp_hook);★★★★★ hier

    return 0;
}

late_initcall(swp_emulation_init);★★★★★ hier

trap.c registriert die Hook-Funktion.

Registrieren Sie sich unter arch / arm / kernel / traps.c.

arch/arm/kernel/traps.c


void register_undef_hook(struct undef_hook *hook)
{
    unsigned long flags;

    raw_spin_lock_irqsave(&undef_lock, flags);
    list_add(&hook->node, &undef_hook);
    raw_spin_unlock_irqrestore(&undef_lock, flags);
}

2. Falle aktivieren (bis sie aktiviert ist)

Vektortabelle-> Kernel

Wenn Sie in der Vektortabelle einen undef-Befehl finden, wird grob gesagt die in der Hook-Funktion registrierte swp-Emulationsfunktion aufgerufen.

arch/arm/kernel/entry-armv.S



vector_rst:
 ARM(   swi SYS_ERROR0  )
 THUMB( svc #0      )
 THUMB( nop         )
    b   vector_und

<Ausgelassen>
/*
 * Undef instr entry dispatcher
 * Enter in UND mode, spsr = SVC/USR CPSR, lr = SVC/USR PC
 */
    vector_stub und, UND_MODE

    .long   __und_usr           @  0 (USR_26 / USR_32)
    .long   __und_invalid           @  1 (FIQ_26 / FIQ_32)
    .long   __und_invalid           @  2 (IRQ_26 / IRQ_32)
    .long   __und_svc           @  3 (SVC_26 / SVC_32)★★★★★★★★★★★★ Hier! !!
    .long   __und_invalid           @  4
    .long   __und_invalid           @  5
    .long   __und_invalid           @  6
    .long   __und_invalid           @  7
    .long   __und_invalid           @  8
    .long   __und_invalid           @  9
    .long   __und_invalid           @  a
    .long   __und_invalid           @  b
    .long   __und_invalid           @  c
    .long   __und_invalid           @  d
    .long   __und_invalid           @  e
    .long   __und_invalid           @  f

    .align  5

<Ausgelassen>

    .align  5
__und_svc:
#ifdef CONFIG_KPROBES
    @ If a kprobe is about to simulate a "stmdb sp..." instruction,
    @ it obviously needs free stack space which then will belong to
    @ the saved context.
    svc_entry MAX_STACK_SIZE
#else
    svc_entry
#endif
    @
    @ call emulation code, which returns using r9 if it has emulated
    @ the instruction, or the more conventional lr if we are to treat
    @ this as a real undefined instruction
    @
    @  r0 - instruction
    @
#ifndef CONFIG_THUMB2_KERNEL
    ldr r0, [r4, #-4]
#else
    mov r1, #2
    ldrh    r0, [r4, #-2]           @ Thumb instruction at LR - 2
    cmp r0, #0xe800         @ 32-bit instruction if xx >= 0
    blo __und_svc_fault
    ldrh    r9, [r4]            @ bottom 16 bits
    add r4, r4, #2
    str r4, [sp, #S_PC]
    orr r0, r9, r0, lsl #16
#endif
    badr    r9, __und_svc_finish
    mov r2, r4
    bl  call_fpe

    mov r1, #4              @ PC correction to apply
__und_svc_fault:
    mov r0, sp              @ struct pt_regs *regs
    bl  __und_Fehler ★★★★★★★★★★★★ Hier! !!

__und_svc_finish:
    get_thread_info tsk
    ldr r5, [sp, #S_PSR]        @ Get SVC cpsr
    svc_exit r5             @ return from exception
 UNWIND(.fnend      )
ENDPROC(__und_svc)


<Ausgelassen>

__und_fault:
    @ Correct the PC such that it is pointing at the instruction
    @ which caused the fault.  If the faulting instruction was ARM
    @ the PC will be pointing at the next instruction, and have to
    @ subtract 4.  Otherwise, it is Thumb, and the PC will be
    @ pointing at the second half of the Thumb instruction.  We
    @ have to subtract 2.
    ldr r2, [r0, #S_PC]
    sub r2, r2, r1
    str r2, [r0, #S_PC]
    b   do_undefinstr ★★★★★★★★★★★★★★★★★★★ Hier! !!
ENDPROC(__und_fault)

Kernel → Hook-Funktion

Jetzt wird do_undefinstr sicher aufgerufen. Hier rufen wir eine Funktion auf, die eine Hook-Funktion aufruft, die bereits vorregistriert wurde (obwohl es ärgerlich ist ...)

arch/arm/kernel/traps.c



smlinkage void do_undefinstr(struct pt_regs *regs)
{
    unsigned int instr;
    void __user *pc;

    pc = (void __user *)instruction_pointer(regs);

    if (processor_mode(regs) == SVC_MODE) {
<Ausgelassen>
            instr = __mem_to_opcode_arm(*(u32 *) pc);
    } else if (thumb_mode(regs)) {
        if (get_user(instr, (u16 __user *)pc))
            goto die_sig;
        instr = __mem_to_opcode_thumb16(instr);
        if (is_wide_instruction(instr)) {
            unsigned int instr2;
            if (get_user(instr2, (u16 __user *)pc+1))
                goto die_sig;
            instr2 = __mem_to_opcode_thumb16(instr2);
            instr = __opcode_thumb32_compose(instr, instr2);
        }
    } else {
        if (get_user(instr, (u32 __user *)pc))
            goto die_sig;
        instr = __mem_to_opcode_arm(instr);
    }

    if (call_undef_hook(regs, instr) == 0)★★★★★★★ hier
        return;

<Ausgelassen>
}
NOKPROBE_SYMBOL(do_undefinstr)

Eine im Hook registrierte Funktion wird von call_undef_hook () aufgerufen.

arch/arm/kernel/traps.c



static nokprobe_inline
int call_undef_hook(struct pt_regs *regs, unsigned int instr)
{
    struct undef_hook *hook;
    unsigned long flags;
    int (*fn)(struct pt_regs *regs, unsigned int instr) = NULL;

    raw_spin_lock_irqsave(&undef_lock, flags);
    list_for_each_entry(hook, &undef_hook, node)
        if ((instr & hook->instr_mask) == hook->instr_val &&
            (regs->ARM_cpsr & hook->cpsr_mask) == hook->cpsr_val)
            fn = hook->fn;
    raw_spin_unlock_irqrestore(&undef_lock, flags);

    return fn ? fn(regs, instr) : 1;
}

3. Falle aktivieren! !!

Wenn nun die Hook-Funktion aufgerufen wird, werden wir eintreten.

python


/*
 * swp_handler logs the id of calling process, dissects the instruction, sanity
 * checks the memory location, calls emulate_swpX for the actual operation and
 * deals with fixup/error handling before returning
 */
static int swp_handler(struct pt_regs *regs, unsigned int instr)
{
    unsigned int address, destreg, data, type;
    unsigned int res = 0;

    perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_EMULATION_FAULTS, 1, regs, regs->ARM_pc);

    res = arm_check_condition(instr, regs->ARM_cpsr);
    switch (res) {
    case ARM_OPCODE_CONDTEST_PASS:
        break;
    case ARM_OPCODE_CONDTEST_FAIL:
        /* Condition failed - return to next instruction */
        regs->ARM_pc += 4;
        return 0;
    case ARM_OPCODE_CONDTEST_UNCOND:
        /* If unconditional encoding - not a SWP, undef */
        return -EFAULT;
    default:
        return -EINVAL;
    }

    if (current->pid != previous_pid) {
        pr_debug("\"%s\" (%ld) uses deprecated SWP{B} instruction\n",
             current->comm, (unsigned long)current->pid);
        previous_pid = current->pid;
    }

    address = regs->uregs[EXTRACT_REG_NUM(instr, RN_OFFSET)];
    data    = regs->uregs[EXTRACT_REG_NUM(instr, RT2_OFFSET)];
    destreg = EXTRACT_REG_NUM(instr, RT_OFFSET);

    type = instr & TYPE_SWPB;

    pr_debug("addr in r%d->0x%08x, dest is r%d, source in r%d->0x%08x)\n",
         EXTRACT_REG_NUM(instr, RN_OFFSET), address,
         destreg, EXTRACT_REG_NUM(instr, RT2_OFFSET), data);

    /* Check access in reasonable access range for both SWP and SWPB */
    if (!access_ok((address & ~3), 4)) {
        pr_debug("SWP{B} emulation: access to %p not allowed!\n",
             (void *)address);
        res = -EFAULT;
    } else {
        res = emulate_swpX(address, &data, type);
    }

    if (res == 0) {
        /*
         * On successful emulation, revert the adjustment to the PC
         * made in kernel/traps.c in order to resume execution at the
         * instruction following the SWP{B}.
         */
        regs->ARM_pc += 4;
        regs->uregs[destreg] = data;
    } else if (res == -EFAULT) {
        /*
         * Memory errors do not mean emulation failed.
         * Set up signal info to return SEGV, then return OK
         */
        set_segfault(regs, address);
    }

    return 0;
}

3.1 arm_check_condition

Beurteilung, ob die Anweisung im aktuellen Zustand ausgeführt werden soll.

arch/arm/kernel/opcodes.c


/*
 * Returns:
 * ARM_OPCODE_CONDTEST_FAIL   - if condition fails
 * ARM_OPCODE_CONDTEST_PASS   - if condition passes (including AL)
 * ARM_OPCODE_CONDTEST_UNCOND - if NV condition, or separate unconditional
 *                              opcode space from v5 onwards
 *
 * Code that tests whether a conditional instruction would pass its condition
 * check should check that return value == ARM_OPCODE_CONDTEST_PASS.
 *
 * Code that tests if a condition means that the instruction would be executed
 * (regardless of conditional or unconditional) should instead check that the
 * return value != ARM_OPCODE_CONDTEST_FAIL.
 */

3.2 emulate_swpX()

arch/arm/kernel/swp_emulate.c



static int emulate_swpX(unsigned int address, unsigned int *data,
            unsigned int type)
{
    unsigned int res = 0;

    // TYPE_Bei SWPB ein Fehler, wenn die Adresse nicht ausgerichtet ist
    if ((type != TYPE_SWPB) && (address & 0x3)) {
        /* SWP to unaligned address not permitted */
        pr_debug("SWP instruction on unaligned pointer!\n");
        return -EFAULT;
    }

    //Während der Vermittlung mit anderen__user_swp[b]_asm()Anrufen.
    //res-Wenn es EAGAIN ist, fangen Sie von vorne an.
    while (1) {
        unsigned long temp;
        unsigned int __ua_flags;

        __ua_flags = uaccess_save_and_enable();
        if (type == TYPE_SWPB)
            __user_swpb_asm(*data, address, res, temp);
        else
            __user_swp_asm(*data, address, res, temp);
        uaccess_restore(__ua_flags);

        if (likely(res != -EAGAIN) || signal_pending(current))
            break;

        cond_resched();
    }

    //Zähler auf
    if (res == 0) {
        if (type == TYPE_SWPB)
            swpbcounter++;
        else
            swpcounter++;
    }

    return res;
}

3.3 user_swp[b]_arm()

arch/arm/kernel/swp_emulate.c


/*
 * Error-checking SWP macros implemented using ldrex{b}/strex{b}
 */
#define __user_swpX_asm(data, addr, res, temp, B)       \
    __asm__ __volatile__(                   \
    "0: ldrex"B"    %2, [%3]\n"         \
    "1: strex"B"    %0, %1, [%3]\n"         \
    "   cmp     %0, #0\n"           \
    "   moveq       %1, %2\n"           \
    "   movne       %0, %4\n"           \
    "2:\n"                          \
    "   .section     .text.fixup,\"ax\"\n"      \
    "   .align      2\n"                \
    "3: mov     %0, %5\n"           \
    "   b       2b\n"               \
    "   .previous\n"                    \
    "   .section     __ex_table,\"a\"\n"        \
    "   .align      3\n"                \
    "   .long       0b, 3b\n"           \
    "   .long       1b, 3b\n"           \
    "   .previous"                  \
    : "=&r" (res), "+r" (data), "=&r" (temp)        \
    : "r" (addr), "i" (-EAGAIN), "i" (-EFAULT)      \
    : "cc", "memory")

#define __user_swp_asm(data, addr, res, temp) \
    __user_swpX_asm(data, addr, res, temp, "")
#define __user_swpb_asm(data, addr, res, temp) \
    __user_swpX_asm(data, addr, res, temp, "b")

Wenn Sie es neu schreiben, um das Lesen zu erleichtern Ich tausche nur Daten zwischen ldrex und strex aus (ich bin mir über die zweite Hälfte nicht sicher!)

python


0: ldrex"B"    %temp, [addr]       # [addr]Lesen Sie den Inhalt von to temp
1: strex"B"    %res, %data, [addr] #Der Inhalt von Daten,[addr]Schreiben Sie an
                                   #res ist 0, wenn aktualisiert,Wenn Sie 1 nicht aktualisieren können
   cmp         %res, #0            #Bestimmen Sie, ob res 0 ist
   moveq       %data, %temp        # true  =>Schreiben Sie den Inhalt von temp in Daten
   movne       %res, -EAGAIN       # false => res = -EAGAIN
2:
   .section     .text.fixup,"ax"
   .align      2
3: mov         %res, -EFAULT
   b           2b
   .previous
   .section     __ex_table,"a"
   .align      3
   .long       0b, 3b
   .long       1b, 3b
   .previous
    : "=&r" (res), "+r" (data), "=&r" (temp)
    : "r" (addr), "i" (-EAGAIN), "i" (-EFAULT)
    : "cc", "memory"
)

das ist alles.

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