如何设置dr7寄存器的值以便在x86-64上创建硬件断点？

Question

我正在开发一个允许ptrace()在OCaml语言中使用的“绑定”库，但我的问题仅涉及ptrace()。

因此，现在，我正在尝试编写一小段代码，以便通过使用ptrace()以下命令在Linux x86-64上创建一个简单的硬件断点：

#define DR_OFFSET(x) (((struct user *)0)->u_debugreg + x)

typedef struct {
    int           dr0_local:    1;
    int           dr0_global:   1;
    int           dr1_local:    1;
    int           dr1_global:   1;
    int           dr2_local:    1;
    int           dr2_global:   1;
    int           dr3_local:    1;
    int           dr3_global:   1;
    int           reserverd:    8;
    break_flag_t  dr0_break:    2;
    data_length_t dr0_len:      2;
    break_flag_t  dr1_break:    2;
    data_length_t dr1_len:      2;
    break_flag_t  dr2_break:    2;
    data_length_t dr2_len:      2;
    break_flag_t  dr3_break:    2;
    data_length_t dr3_len:      2;
} dr7_t;

CAMLprim value ptrace_breakpoint(value ml_pid, value ml_addr)
{
    CAMLparam2(ml_pid, ml_addr);
    dr7_t dr7 = {0};

    dr7.dr0_local = 1;
    dr7.dr0_break = 0; /* break on execution */
    dr7.dr0_len   = 0x03; /* len 4 */

    ptrace(PTRACE_POKEUSER, Int_val(ml_pid), DR_OFFSET(0), (void*)Int64_val(ml_addr));
    ptrace(PTRACE_POKEUSER, Int_val(ml_pid), DR_OFFSET(7), (void*)dr7));
    ptrace(PTRACE_POKEUSER, Int_val(ml_pid), DR_OFFSET(6), (void*)0);
    CAMLreturn0;
}

执行此代码时，我得到了一个Invalid argument。值dr7IS 0xc0001。为了找到有效值，我ptrace通过使用strace以下命令检查了GDB的使用方式：

ptrace(PTRACE_POKEUSER, 6459, offsetof(struct user, u_debugreg), 0x400519) = 0
ptrace(PTRACE_POKEUSER, 6459, offsetof(struct user, u_debugreg) + 56, 0x101) = 0
ptrace(PTRACE_POKEUSER, 6459, offsetof(struct user, u_debugreg) + 48, 0) = 0

因此，GDB将dr7寄存器设置为value 0x101。我试过这个值，它的工作原理。因此，我想知道GDB使用的值的含义是什么？dr7_t我之前使用的位字段有效吗？

谢谢。

编辑：

感谢Neitsa，这是解决方案：

typedef struct {
    unsigned int  dr0_local:      1;  
    unsigned int  dr0_global:     1;  
    unsigned int  dr1_local:      1;  
    unsigned int  dr1_global:     1;  
    unsigned int  dr2_local:      1;  
    unsigned int  dr2_global:     1;  
    unsigned int  dr3_local:      1;  
    unsigned int  dr3_global:     1;  
    unsigned int  le:             1;  
    unsigned int  ge:             1;  
    unsigned int  reserved_10:    1;  
    unsigned int  rtm:            1;  
    unsigned int  reserved_12:    1;  
    unsigned int  gd:             1;  
    unsigned int  reserved_14_15: 2;
    break_flag_t  dr0_break:      2;  
    data_length_t dr0_len:        2;  
    break_flag_t  dr1_break:      2;  
    data_length_t dr1_len:        2;  
    break_flag_t  dr2_break:      2;  
    data_length_t dr2_len:        2;  
    break_flag_t  dr3_break:      2;  
    data_length_t dr3_len:        2;  
} dr7_t;

CAMLprim value ptrace_breakpoint(value ml_pid, value ml_addr)
{
    CAMLparam2(ml_pid, ml_addr);
    dr7_t dr7 = {0};

    dr7.dr0_local = 1;
    dr7.le = 1;
    dr7.ge = 1;
    dr7.reserved_10 = 1;

    my_ptrace(PTRACE_POKEUSER, Int_val(ml_pid), DR_OFFSET(0), (void*)Int64_val(ml_addr));
    my_ptrace(PTRACE_POKEUSER, Int_val(ml_pid), DR_OFFSET(7), (void*)dr7));
    my_ptrace(PTRACE_POKEUSER, Int_val(ml_pid), DR_OFFSET(6), (void*)0);
    CAMLreturn0;
}

Answer 1

您的结构看起来不错（unsigned int尽管我会使用）。

几点评论（引号来自Intel Manual chap 17.2: Debug Registers）：

• 保留位：
  • 位10保留但设置为1。
  • 位12、14和15是保留位，必须将其设置为0（memset整个结构为0）。

其他领域：

• 您还应该实现第8位和第9位并将它们设置为1

LE和GE（本地和全局精确断点启用）标志（位8、9）— P6系列处理器，更高版本的IA-32处理器和Intel 64处理器不支持此功能。[...] 如果需要精确的断点，我们建议将LE和GE标志设置为1

• 指令的指令断点的长度必须设置为1个字节：

指令断点地址的长度必须为1个字节（LENn字段设置为00）。其他操作数大小的代码断点未定义

因此，要在执行时设置断点：

• 将保留位设置为正确的值
• 将DR7.LE和DR7.GE设置为1
• 将DR7.L0（L1，L2，L3）设置为1 [本地断点]
• 确保DR7.RW/0（RW/1、RW/2、RW/3）为0 [执行指令中断]
• 确保DR7.LEN0（LEN1，LEN2，LEN3）为0 [1字节长度]
• 将DR0（1、2、3）设置为指令线性地址
  • 确保线性地址[DR0至DR3]落在指令的第一个字节上

处理器仅在指向指令的第一个字节时才识别指令断点地址。如果指令具有前缀，则断点地址必须指向第一个前缀。

编辑

• 0x101：
  • bin（0x101）='0b100000001'
  • DR7.L0和DR7.LE设置为1

从技术上讲，0x701应该正确：

• 0x701：
  • bin（0x701）='0b11100000001'
  • DR7.L0和DR7.LE和DR7.GE和DR7.bit10设置为1