set_task_stack_end_magic()

문영일 리눅스 커널

<kernel v5.0>

set_task_stack_end_magic()

  • start_kernel()이 커널 초기화 과정을 수행하는 동안 사용할 최초 커널 스택의 마지막에 magic value를 기록한다. 이후에 만들어지는 커널 스택은 메모리를 할당 받아 생성되어 사용되며 태스크가 종료되는 경우 메모리를 회수한다.
  • 기록된 magic value(STACK_END_MAGIC: 0x57AC6E9D)를 통해 kernel stack overflow를 감지하는데 사용된다.
void set_task_stack_end_magic(struct task_struct *tsk)
{
        unsigned long *stackend;

        stackend = end_of_stack(tsk);
        *stackend = STACK_END_MAGIC;    /* for overflow detection */
}
  • STACK_END_MAGIC=0x57AC_6E9D

 

end_of_stack()

include/linux/sched/task_stack.h

/*
 * Return the address of the last usable long on the stack.
 *
 * When the stack grows down, this is just above the thread
 * info struct. Going any lower will corrupt the threadinfo.
 *
 * When the stack grows up, this is the highest address.
 * Beyond that position, we corrupt data on the next page.
 */

static inline unsigned long *end_of_stack(struct task_struct *p)
{
#ifdef CONFIG_STACK_GROWSUP
        return (unsigned long *)((unsigned long)task_thread_info(p) + THREAD_SIZE) - 1; 
#else
        return (unsigned long *)(task_thread_info(p) + 1);
#endif
}

요청한 태스크에 해당하는 스택의 마지막 unsigned long 값을 반환한다. 스택의 마지막 위치에는 스택 마지막을 표시하는 매직 값이 위치한다.

  •  CONFIG_STACK_GROWSUP
    • 스택이 상향으로 push되는 경우에 사용
    • arm, arm64 default: 하향으로 스택이 push된다.
  • task가 가지고 있는 kernel stack의 마지막 주소를 리턴한다.
    • task는 kernel stack과 user stack를 각각 하나씩 가진다.
    • kernel stack은 kernel이 자신의 코드를 수행할 때 사용하는 코드이다.
    • 예를 들어, user application이 요청한 시스템 콜을 수행할 때 kernel stack이 사용될 수 있다.
    • 참고: kernel stack

 

kernel stack 구조

  • 아키텍처마다 커널 스택 크기가 다르다.
    •  arm32
      • 8K (2 페이지)
      • 1개 페이지로 돌아가려고 노력하고 있으므로, 나중에 변경될 수도 있다.
    • arm64
      • 16K (default)
      • 64K (1페이지=64K 이면서 vmap stack 사용시)

 

아래 그림은 커널 스택에서의 스택 보호용 매직 번호가 있는 위치를 보여준다.

  • arm64의 경우 thread_info가 스택에서 제거되어 task_struct의  안으로 들어가므로 매직 번호는 가장 하단에 위치하게 된다.

thread_union

include/linux/sched.h

union thread_union {
#ifndef CONFIG_ARCH_TASK_STRUCT_ON_STACK
        struct task_struct task;
#endif
#ifndef CONFIG_THREAD_INFO_IN_TASK
        struct thread_info thread_info;
#endif
        unsigned long stack[THREAD_SIZE/sizeof(long)];
};
  • CONFIG_ARCH_TASK_STRUCT_ON_STACK
    • ia64 아키텍처만 이 커널 옵션을 사용한다.
  • CONFIG_THREAD_INFO_IN_TASK
    • 커널 v4.9-rc1에 추가된 기능으로 이 커널 옵션을 사용하는 경우 보안을 위해 스택의 아래에 존재하던 thread_info를 제거하여 task_struct의 첫 엔트리로 옮겼다. 이렇게 첫 부분에 옮겨 놓았으므로 task_struct 구조체도 thread_union의 thread_info를 통해 접근이 가능하다.
    • arm은 사용하지 않는 옵션이지만 arm64의 경우는 적용되었다.
    • 참고: sched/core: Allow putting thread_info into task_struct

 

task_struct 구조체 (처음 부분만)

include/linux/sched.h

struct task_struct {
#ifdef CONFIG_THREAD_INFO_IN_TASK
        /*
         * For reasons of header soup (see current_thread_info()), this
         * must be the first element of task_struct.
         */
        struct thread_info              thread_info;
#endif
        volatile long                   state;

        /*
         * This begins the randomizable portion of task_struct. Only
         * scheduling-critical items should be added above here.
         */
        randomized_struct_fields_start

        void                            *stack;
        ...
}

CONFIG_THREAD_INFO_IN_TASK 커널 옵션을 사용한 경우 가장 처음에 스레드 정보가 위치함을 알 수 있다.

 

thread_info – ARM

arch/arm/include/asm/thread_info.h

struct thread_info {
        unsigned long           flags;          /* low level flags */
        int                     preempt_count;  /* 0 => preemptable, <0 => bug */
        mm_segment_t            addr_limit;     /* address limit */
        struct task_struct      *task;          /* main task structure */
        __u32                   cpu;            /* cpu */
        __u32                   cpu_domain;     /* cpu domain */
#ifdef CONFIG_STACKPROTECTOR_PER_TASK
        unsigned long           stack_canary;
#endif
        struct cpu_context_save cpu_context;    /* cpu context */
        __u32                   syscall;        /* syscall number */
        __u8                    used_cp[16];    /* thread used copro */
        unsigned long           tp_value[2];    /* TLS registers */
#ifdef CONFIG_CRUNCH
        struct crunch_state     crunchstate;
#endif
        union fp_state          fpstate __attribute__((aligned(8)));
        union vfp_state         vfpstate;
#ifdef CONFIG_ARM_THUMBEE
        unsigned long           thumbee_state;  /* ThumbEE Handler Base register */
#endif
};

 

thread_info – ARM64

arch/arm64/include/asm/thread_info.h

struct thread_info {
        unsigned long           flags;          /* low level flags */
        mm_segment_t            addr_limit;     /* address limit */
#ifdef CONFIG_ARM64_SW_TTBR0_PAN
        u64                     ttbr0;          /* saved TTBR0_EL1 */
#endif
        union {
                u64             preempt_count;  /* 0 => preemptible, <0 => bug */
                struct {
#ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
                        u32     need_resched;
                        u32     count;
#else
                        u32     count;
                        u32     need_resched;
#endif
                } preempt;
        };
};

 

task_thread_info()

include/linux/sched.h

#ifdef CONFIG_THREAD_INFO_IN_TASK
static inline struct thread_info *task_thread_info(struct task_struct *task)
{
        return &task->thread_info;
}
#elif !defined(__HAVE_THREAD_FUNCTIONS)
# define task_thread_info(task) ((struct thread_info *)(task)->stack)
#endif

요청한 태스크에 해당하는 스레드 정보(thread_info 구조체)를 반환한다.

  • CONFIG_THREAD_INFO_IN_TASK 커널 옵션을 사용한 여부와 관련하여
    • 사용한 경우 task 디스크립터에 위치한 스레드 정보를 가져온다.
    • 사용하지 않은 경우 스택에서 스레드 정보를 가져온다.

 

참고

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