Linux内核如何在copy_from_user中临时禁用x86 SMAP？

Question

我想知道Linux内核在执行该copy_from_user()函数时如何禁用x86 SMAP。我试图在源代码中找到一些东西，但失败了。

超级用户模式访问保护 (SMAP)是 x86 CPU 的一项安全功能，可防止内核访问非预期的用户空间内存，从而有助于抵御各种攻击。

Answer 1

正如您链接的维基百科页面中所记录的：

当内存分页处于活动状态并且 CR4 控制寄存器中的 SMAP 位被置位时，SMAP 被启用。通过设置 EFLAGS.AC（对齐检查）标志，可以暂时禁用 SMAP 进行显式内存访问。（设置stacAC 标志）和clac（清除 AC 标志）指令可用于轻松设置或清除标志。

Linux 内核正是这样做来临时禁用 SMAP：它stac在复制数据之前设置 EFLAGS.AC，然后clac在完成后清除 EFLAGS.AC。

AC 标志自 486 年起就存在，作为用户空间加载/存储的对齐检查；SMAP 重载了该标志位的含义。 stac/clac是 SMAP 的新功能，仅允许在内核模式下使用 (CPL=0)；它们在用户空间（以及没有 SMAP 的 CPU 上，以及在内核模式下）发生故障。

理论上它非常简单，但实际上 Linux 内核代码库是函数、宏、内联汇编模板等的丛林。要确切了解这是如何完成的，我们可以查看源代码，从以下位置开始copy_from_user()：

1. 调用时copy_from_user()，它会快速检查内存范围是否有效，然后调用_copy_from_user()...

2. ...它又进行了几次检查，然后调用raw_copy_from_user()...

3. ...在进行实际复制之前，调用__uaccess_begin_nospec()...

4. ...这只是一个扩展为stac(); barrier_nospec().

5. 关注stac()，这是一个简单的内联函数，我们有：

    alternative("", __ASM_STAC, X86_FEATURE_SMAP);
   

该alternative()宏是一个相当复杂的宏，用于根据 CPU 支持在内核启动时选择指令的替代项。您可以检查定义它的源文件以获取更多信息。在这种情况下，它用于stac根据 CPU 支持来决定内核是否需要使用该指令（旧的 x86 CPU 没有可用的 SMAP，因此没有该指令：在这些 CPU 上，这只是一个不可用的指令） - 操作）。

看看__ASM_STAC宏观我们看到：

#define __ASM_STAC  ".byte 0x0f,0x01,0xcb"

这是以stac字节为单位的汇编操作码。这是使用指令而不是助记符来定义的.byte，因为即使在 binutils 版本不知道这些指令的旧工具链上，也需要进行编译。

一旦启动，该cpuid指令用于检查（执行时的X86_FEATURE_SMAP第20位以获得扩展功能），这告诉内核SMAP是否可用（重写机器代码以使指令变为）或不可用（保持无操作）。ebxcpuideax=7, ecx=0stac

一旦完成所有这些疯狂的操作（实际上所有这些都只是归结为一条指令），就会执行来自用户内存的实际复制，__uaccess_end()然后使用宏来重新启用 SMAP。该宏的使用alternative()方式与我们刚刚看到的相同，并最终执行clac（或 a nop）。