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.. Kenneth Lee 版权所有 2022

:Authors: Kenneth Lee :Version: 0.1 :Date: 2022-07-27 :Status: Draft

5.17

本文基于kernelnewbies.org的跟踪的基础信息，加上查阅相关感兴趣的文档和代码写成。 [1]_

大特性

BPF CO-RE

CO-RE是Compile-Once Run Everywhere。这个特性是BPF接口的标准化。BPF直接作用在内 核接口上，很难跨内核版本使用，甚至很难在不同编译选项的版本间复用。过去的BCC方案 是等插入内核前重新根据内核编译，现在打算把这个事情标准化。我很少用BPF，所以也不 关心这里的细节，只记录一组观察：

  1. 这个特性主要解决的一个问题是内核数据结构的定义，所以一个基本的解决方案用了一 个标准的头文件定义这些结构，vmlinux.h。

  2. 提供一组函数用于对特定结构的特定域的读写。

  3. extern int LINUX_KERNEL_VERSION var提供内核版本访问接口

  4. 内核数据结构定义attribute((preserve_access_index))用于在没有vmlinux.h情 况下，也支持上述函数。

BPF不支持循环（避免DOS攻击），这个版本还支持bpf_loop()调用，在控制指令的最大深 度的情况下，支持有限度进行循环。

修改者是Alexei Starovoitov。

老实说，BPF这个特性做得越来越难看了。

RTLA工具优化

看这次的更新记录我才意识到有这么一个特性。这是tools目录下的一个工具，RT kernel 专用，可以直接测试内核的实时性参数。我用git blame看了一下相关代码，发现大部分代 码都是2021年合入的。所以在这个跟踪里我主要看看这个工具到底是个啥。

材料上说比传统上用得比较多的实时Kernel时延测试工具是 cycletest <git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/clrkwllms/rt-tests.git>_ 。这个工具的缺点是只知道时延是多少，但不知道根因，要跟踪根因呢又会引入额外的成本 导致测试结果不对。RTLA通过一组数据模型收集数据（通过tracepoint收集到perf的cache 中），过滤硬件的影响，这个模型在这个论文： A Thread Synchronization Model for the PREEMPT RT Linux Kernel <https://bristot.me/wp-content/uploads/2020/01/JSA_preprint.pdf>_ 中描述。这属于数学了，我等看完论文再来补充这里的内容吧（也不知道有没有时间看）。

Straight-Line Speulation攻击修补

直线预测（Straight-Line Speculation）攻击，我查了一下背景，这是ARM提出来的针对 预测执行Cache侧信道攻击的一个总结性描述。因为这种攻击基本上就是攻击这样一个代码 结构：

.. code-block:: none

ldr xa, [xb] and xa, #ffff ; 或者其他任意xa的范围控制 ldr xc, [xd, xa]

这里需要两个变址寻址，因为预测执行，两个变址都可能导致后面的代码提前执行，导致 数据进入cache。这两个编制一个可以用于做炮架，决定加载哪里的数据，然后再用那个数 据更新检查点的位置。这样，两者一综合，就可以构造一个场景，用炮架控制偷哪个地址 的数据，用检查点判断炮架击中了那个地址的数据具体是什么，从而完成整个攻击。（这 个建模真好）

ARM的方法是提供预测执行的barrier指令指令（SB或者DSB+ISB），在所有这种Pattern的 代码上加上保护。但Linux内核这次这个补丁却不是ARM的，而是x86的，比如把汇编的ret 替换成了一个宏，比如换成了RET（有多个版本，这个不考虑这些细节），RET就是 ret+int3，为什么int 3能起到barrier的效果，我不知道，但知道有这个修改好了，其他 等要用再说吧。

一个新的refcounter跟踪系统

这个特性还在开发中，现在仅仅是netdev专用的，Google的补丁。

它能报这样的错误：::

[ 171.648681] reference already released. [ 171.653213] allocated in: [ 171.656523] alloctest_ref_tracker_alloc2+0x1c/0x20 [test_ref_tracker] [ 171.656526] init_module+0x86/0x1000 [test_ref_tracker] [ 171.656528] do_one_initcall+0x9c/0x220 [ 171.656532] do_init_module+0x60/0x240 [ 171.656536] load_module+0x32b5/0x3610 [ 171.656538] do_sys_init_module+0x148/0x1a0 [ 171.656540] x64_sys_init_module+0x1d/0x20 [ 171.656542] do_syscall_64+0x4a/0xb0 [ 171.656546] entry_SYSCALL_64_after_hwframe+0x44/0xae [ 171.656549] freed in: [ 171.659520] alloctest_ref_tracker_free+0x13/0x20 [test_ref_tracker] [ 171.659522] init_module+0xec/0x1000 [test_ref_tracker] [ 171.659523] do_one_initcall+0x9c/0x220 [ 171.659525] do_init_module+0x60/0x240 [ 171.659527] load_module+0x32b5/0x3610 [ 171.659529] do_sys_init_module+0x148/0x1a0 [ 171.659532] x64_sys_init_module+0x1d/0x20 [ 171.659534] do_syscall_64+0x4a/0xb0 [ 171.659536] entry_SYSCALL_64_after_hwframe+0x44/0xae [ 171.659575] ------------[ cut here ]------------ [ 171.659576] WARNING: CPU: 5 PID: 13016 at lib/ref_tracker.c:112 ref_tracker_free+0x224/0x270 [ 171.659581] Modules linked in: test_ref_tracker(+) [ 171.659591] CPU: 5 PID: 13016 Comm: modprobe Tainted: G S 5.16.0-smp-DEV #290 [ 171.659595] RIP: 0010:ref_tracker_free+0x224/0x270 [ 171.659599] Code: 5e 41 5f 5d c3 48 c7 c7 04 9c 74 a6 31 ... [ 171.659601] RSP: 0018:ffff89058ba0bbd0 EFLAGS: 00010286 [ 171.659603] RAX: 0000000000000029 RBX: ffff890586b19780 RCX: 08895bff57c7d100 [ 171.659604] RDX: c0000000ffff7fff RSI: 0000000000000282 RDI: ffffffffc0407000 [ 171.659606] RBP: ffff89058ba0bc88 R08: 0000000000000000 R09: ffffffffa6f342e0 [ 171.659607] R10: 00000000ffff7fff R11: 0000000000000000 R12: 000000008f000000 [ 171.659608] R13: 0000000000000014 R14: 0000000000000282 R15: ffffffffc0407000 [ 171.659609] FS: 00007f97ea29d740(0000) GS:ffff8923ff940000(0000) knlGS:0000000000000000 [ 171.659611] CS: 0010 DS: 0000 ES: 0000 CR0: 0000000080050033 [ 171.659613] CR2: 00007f97ea299000 CR3: 0000000186b4a004 CR4: 00000000001706e0 [ 171.659614] Call Trace: [ 171.659615] <TASK> [ 171.659631] ? alloctest_ref_tracker_free+0x13/0x20 [test_ref_tracker] [ 171.659633] ? init_module+0x105/0x1000 [test_ref_tracker] ...

这个功能很好用啊。我看了一下实现，方法其实很暴力，就是咋分配和释放路径上加跟踪 纪录而已。配置项是CONFIG_TEST_REF_TRACKER，实现在lib/ref_tracker.c等文件中。

其他有趣的东西

  1. :ref:linux_kernel_id_mapping_mount\ 升级，现在支持在已经是已经做了这个id mapping的文件系统上再做id mapping。

  2. 随机数算法从SHA-1升级为BLAKE2s。

  3. 网络文件系统的cache系统fscache/cachefile重构，代码简化了。主要是redhat David Howells等人的工作，

  4. 这个版本增加了一个调试功能，支持给匿名内存（就是没有file backend的内存）起名 字（通过prctl()调用）。

  5. devtmpfs默认mount为noexec。我突出这个，是因为在Mac Book M1的Parallel上安装 Debian的时候，安装增强工具的光盘也被默认加了noexec选项，导致我找了半天无法安 装的原因。所以，其实这种小改动有时也挺影响使用上的认知的。

  6. io_uring还在增加不少补丁，我等它稳定下来再去看它的结构。

  7. 内核实现解压缩模块，配合LoadPin的安全性要求。作者用的gmail，不知道什么背景。

  8. PCI/MSI特性代码重构。主要是为了支持MSI-X向量的动态扩展。

  9. Page Folios合入大量补丁，但这个特性还没有使能（请看下一个版本的介绍）。

  10. 看到联想lenovo-yogabook-wmi的补丁，我这么久以来就没有看过华为的笔记本有 Linux上的工作，终端这些人赚钱迷了心窍，令人失望。

  11. RISCV在加KVM的接口代码，西数的工作。

参考

.. [1] https://kernelnewbies.org/LinuxChanges