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[原创]green-dill: 一个用于linux kernel调试的gdb 插件
2020-5-7 18:51 3806

[原创]green-dill: 一个用于linux kernel调试的gdb 插件

2020-5-7 18:51
3806

dill 是一个用于linux kernel调试的gdb 插件,基于gdb 的python api开发。

 

项目地址:https://github.com/De4dCr0w/green-dill

 

主要功能包括如下:

 

(1)kbase 获取当前的内核基址:

 

 

(2) kstruct 得到特定的数据结构,对于结构中存在struct和union类型的,进行递归解析,展开整个结构:

 

 

以及某个字段在数据结构中的偏移:

 

 

(3)ktask 获取某个进程的task_struct 地址

 

 

(4)kcache 获得特定类型kmem_cache 的freelist, partial

 

 

输出主要分成四个部分:

  1. 关于kmem_cache结构的一些信息
  2. kmem_cache_cpu 上的freelist
  3. kmem_cache_cpu partial上各个page挂的freelist
  4. kmem_cache_node partial上各个page挂的freelist

以上属于插件静态解析部分,主要根据各个数据结构之间的关系进行解析

 

(5)dill 跟踪某个进程的堆分配,以及释放,该部分主要是对分配和释放函数打上断点,在函数开头下断点时获取函数参数,在函数结束下断点时获取返回值,以此来获取需要的信息。

 

 

dill 模块的功能包括:
(1)dill run :对要跟踪的函数打上断点
(2)dill process_name : 跟踪对应进程的堆分配和释放,会输出分配/释放的slab类型,以及堆块地址
(3)dill on/off :对输出日志进行开启/关闭

 

各个结构之间的数据关系图:

 

 

(注:上图来源网上)

 

内核管理页面使用了2个算法:伙伴算法和slub算法,伙伴算法以页为单位管理内存,但在大多数情况下,程序需要的并不是一整页,而是几个、几十个字节的小内存。于是需要另外一套系统来完成对小内存的管理,这就是slub系统。slub系统运行在伙伴系统之上,为内核提供小内存管理的功能。

 

通过cat /proc/slabinfo 查看系统当前可用的kmem_cache,目前我们关注一般kmalloc申请空间的类型:

 

 

每个kmem_cache结构都表示一种类型,kmem_cache->name表示cache的名称,kmem_cache->size表示cache的大小。每个cache通过kmem_cache->list.next指向下一个cache,形成一个链表。我们找到全局变量 slab_caches就能遍历该链表,找到对应的cache信息。

 

内存分配释放相关的结构如下:

kmem_cache
    - kmem_cache_cpu 
        - freelist
        - partial
    - kmem_cache_node
        - partial

kmem_cache_cpu freelist

freelist成员指向第一个可用内存obj首地址。类似fastbin,在开头保存下一个obj的地址,采用 FIFO 进行分配和回收

kmem_cache_cpu partial

kmem_cache_cpu->partial指向的是一个page,每个page通过page->next链接,形成链表,而每个page下都挂着一个freelist,如果kmem_cache_cpu freelist 上的空闲obj分配完就会从这分配。

kmem_cache_node partial

kmem_cache_node->partial指向的也是一个page,但每个page是通过page->lru链接,其他和kmem_cache_cpu partial类似。值得注意的是node中的slab是所有cpu共享的,而per cpu是每个cpu独占的。

kmem_cache_node full

kmem_cache_node->full 指向的是自身的地址,full slab没有链表来管理,只有full变成partial才会被接入partial链中。

总结

kmalloc分配内存顺序如下:kmem_cache_cpu freelist -> kmem_cache_cpu partial -> pkmem_cache_node partial

 

如果前一个没有空闲的object,依次找下一个。

 

目前实验环境下插件可以正常运行,但跟踪复杂程序时,在释放的地方下断点容易崩,后面再慢慢完善。

参考链接

https://github.com/PaoloMonti42/salt/tree/master/docs
https://sourceware.org/gdb/onlinedocs/gdb/Python-API.html
https://www.anquanke.com/post/id/200161
https://my.oschina.net/fileoptions/blog/1630346


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最后于 2020-5-7 18:51 被笔墨编辑 ,原因: 添加原创
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