Linux系統呼叫__get_thread獲取TLS失敗導致應用程式奔潰
背景
Android模擬器執行在PC端,Android應用執行在模擬器內部,當PC機在BIOS中沒有開啟虛擬化技術(vt-x: intel的硬體虛擬化技術; AMD-V: AMD CPU的硬體虛擬化技術)的時候,在模擬器內部執行ARM庫的遊戲,出現崩潰或者執行一段時間之後崩潰的問題. 具體奔潰點在__get_tls()+6處. 這裡以當樂.apk這個遊戲為例子,刪除其中libs下的x86庫,只保留arm型別庫檔案,安裝執行後整個崩潰日誌如下:
03-27 15:51:21.236 E/ZKOPCountUtil( 3290): find Name = 當樂
03-27 15:51:21.344 問題定位
根據奔潰日誌,找到相應的函式__get_tls(),在原始碼中實現如下:
//android-4.4.4\bionic\libc\arch-x86\bionic\__get_tls.c
/* see the implementation of __set_tls and pthread.c to understand this
* code. Basically, the content of gs:[0] always is a pointer to the base
* address of the tls region
*/
void* __get_tls(void)
{
void* tls;
asm ( " movl %%gs:0, %0" : "=r"(tls) );
return tls;
}
從程式碼的註釋可以看出,這個gs暫存器儲存的是指向TLS(Thread Local Storage:執行緒本地儲存)的基地址指標.用IDA能更加直觀的看到奔潰的點.如下是用IDA開啟libc.so的__get_tls()函式,那麼在__get_tls()+6這行崩潰,也就是mov eax, [eax+4]間接取址崩潰.
.text:000183C0
.text:000183C0 ; =============== S U B R O U T I N E =======================================
.text:000183C0
.text:000183C0
.text:000183C0 public __get_thread
.text:000183C0 __get_thread proc near ; CODE XREF: __pthread_cleanup_push+1Bp
.text:000183C0 ; __pthread_cleanup_pop+1Bp ...
.text:000183C0 mov eax, large gs:0
.text:000183C6 mov eax, [eax+4]
.text:000183C9 nop
.text:000183CA nop
.text:000183CB nop
.text:000183CC nop
.text:000183CD retn
.text:000183CD __get_thread endp那麼問題來了,eax是從gs暫存器讀取的值,加4後間接定址失敗.這裡gs暫存器的值肯定有問題,從奔潰日誌的來看,eax暫存器的值就是gs:0的值,這裡地址有問題.那麼現在我們需要了解的是這個gs暫存器哪裡設定,作用時啥?
既然程式碼註釋說明了gs時存放tls基地址指標的,tls存放在核心GDT表中,那麼這個gs應該是由核心來設定的.這裡以x86的段分配為例子,段定義檔案在asm\Segment.h中,如下:
// genymotion_kernel_3.10\arch\x86\include\asm\Segment.h
/*
* The layout of the per-CPU GDT under Linux:
*
* 0 - null
* 1 - reserved
* 2 - reserved
* 3 - reserved
*
* 4 - unused <==== new cacheline
* 5 - unused
*
* ------- start of TLS (Thread-Local Storage) segments:
*
* 6 - TLS segment #1 [ glibc's TLS segment ]
* 7 - TLS segment #2 [ Wine's %fs Win32 segment ]
* 8 - TLS segment #3
* 9 - reserved
* 10 - reserved
* 11 - reserved
*
* ------- start of kernel segments:
*
* 12 - kernel code segment <==== new cacheline
* 13 - kernel data segment
* 14 - default user CS
* 15 - default user DS
* 16 - TSS
* 17 - LDT
* 18 - PNPBIOS support (16->32 gate)
* 19 - PNPBIOS support
* 20 - PNPBIOS support
* 21 - PNPBIOS support
* 22 - PNPBIOS support
* 23 - APM BIOS support
* 24 - APM BIOS support
* 25 - APM BIOS support
*
* 26 - ESPFIX small SS
* 27 - per-cpu [ offset to per-cpu data area ]
* 28 - stack_canary-20 [ for stack protector ]
* 29 - unused
* 30 - unused
* 31 - TSS for double fault handler
*/
... ...
//省去部分程式碼
/*
* Save a segment register aw
*/
#define savesegment(seg, value) \
asm("mov %%" #seg ",%0":"=r" (value) : : "memory")
/*
* x86_32 user gs accessors.
*/
#ifdef CONFIG_X86_32
#ifdef CONFIG_X86_32_LAZY_GS
#define get_user_gs(regs) (u16)({unsigned long v; savesegment(gs, v); v;})
#define set_user_gs(regs, v) loadsegment(gs, (unsigned long)(v))
#define task_user_gs(tsk) ((tsk)->thread.gs)
#define lazy_save_gs(v) savesegment(gs, (v))
#define lazy_load_gs(v) loadsegment(gs, (v))
#else /* X86_32_LAZY_GS */
#define get_user_gs(regs) (u16)((regs)->gs)
#define set_user_gs(regs, v) do { (regs)->gs = (v); } while (0)
#define task_user_gs(tsk) (task_pt_regs(tsk)->gs)
#define lazy_save_gs(v) do { } while (0)
#define lazy_load_gs(v) do { } while (0)
#endif /* X86_32_LAZY_GS */
#endif /* X86_32 */
問題解決
從上表可以看出整個GDT的分段,其中包括TLS段,關鍵的是在最後有關獲取gs暫存器值的方法.可以看到,在核心配置了CONFIG_X86_32的情況下,有兩個獲取gs暫存器值的方法,依賴於核心中巨集CONFIG_X86_32_LAZY_GS的定義與否.
通過檢視核心中CONFIG_X86_32_LAZY_GS的定義,發現處於選中狀態,那麼此時gs的值是從區域性變數v中賦值給gs的,這個時候區域性變數的值由於沒有初始化,所以為一個隨機值.如果沒有選CONFIG_X86_32_LAZY_GS,那麼直接獲取gs暫存器的值返回,這是regs的值在哪裡設定gs暫且不表.看到這裡也許還是不明白gs在整個核心中的作用以及流程.沒有關係,後續在深入. 至於解決這個問題,由於發現CONFIG_X86_32_LAZY_GS對獲取gs暫存器的影響,配置核心,去除CONFIG_X86_32_LAZY_GS選項,重編後驗證,當樂.apk正常執行.說明此配置影響gs暫存器的取值.
解決patch如下,合入x86的deconfig配置檔案即可:
@@ -37,7 +37,6 @@ CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC=y
CONFIG_HAVE_INTEL_TXT=y
CONFIG_X86_32_SMP=y
CONFIG_X86_HT=y
-CONFIG_X86_32_LAZY_GS=y
CONFIG_ARCH_HWEIGHT_CFLAGS="-fcall-saved-ecx -fcall-saved-edx"
CONFIG_ARCH_CPU_PROBE_RELEASE=y
CONFIG_ARCH_SUPPORTS_UPROBES=y
@@ -452,7 +451,7 @@ CONFIG_ARCH_RANDOM=y
CONFIG_X86_SMAP=y
# CONFIG_EFI is not set
# CONFIG_SECCOMP is not set
-# CONFIG_CC_STACKPROTECTOR is not set
+CONFIG_CC_STACKPROTECTOR=y
# CONFIG_HZ_100 is not set
CONFIG_HZ_250=y
# CONFIG_HZ_300 is not set- 上述
CONFIG_X86_32_LAZY_GS和CONFIG_CC_STACKPROTECTOR是依賴關係,去除CONFIG_X86_32_LAZY_GS配置需要選擇CONFIG_CC_STACKPROTECTOR=y - 如果開啟上述核心配置選項出現核心編譯錯誤
error: undefined reference to '__stack_chk_guard'，請參考本人的另外一篇文章： Linux編譯x86架構核心出現_stack_chk_guard未定義錯誤
總結
好了,此問題解決了,但是還有很多疑點沒有搞清楚,這個最要命了,作為開發,不瞭解整個流程總是心裡沒底,不踏實.但是還是得慢慢來,後續就是對整個GDT以及記憶體進行學習
感謝
2017 …… ,捲起褲管跑，擼起袖子幹！
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