# 2024q1 Homework6 (integration) contributed by < `Lccgth` > ## 實驗環境 ```shell $ gcc --version gcc (Ubuntu 12.3.0-1ubuntu1~22.04) 12.3.0 $ lscpu Architecture: x86_64 CPU op-mode(s): 32-bit, 64-bit Address sizes: 39 bits physical, 48 bits virtual Byte Order: Little Endian CPU(s): 8 On-line CPU(s) list: 0-7 Vendor ID: GenuineIntel Model name: Intel(R) Core(TM) i7-9700KF CPU @ 3.60GHz CPU family: 6 Model: 158 Thread(s) per core: 1 Core(s) per socket: 8 Socket(s): 1 Stepping: 13 CPU max MHz: 4900.0000 CPU min MHz: 800.0000 BogoMIPS: 7200.00 Caches (sum of all): L1d: 256 KiB (8 instances) L1i: 256 KiB (8 instances) L2: 2 MiB (8 instances) L3: 12 MiB (1 instance) NUMA: NUMA node(s): 1 NUMA node0 CPU(s): 0-7 $ uname -r 6.5.0-28-generic ``` ## 自我檢查清單 ### 閱讀〈 [Linux 核心模組運作原理](https://hackmd.io/@sysprog/linux-kernel-module) 〉 #### 解釋 `insmod` ```shell $ man insmod NAME insmod - Simple program to insert a module into the Linux Kernel DESCRIPTION insmod is a trivial program to insert a module into the kernel. Most users will want to use modprobe(8) instead, which is more clever and can handle module dependencies. Only the most general of error messages are reported: as the work of trying to link the module is now done inside the kernel, the dmesg usually gives more information about errors. ``` `insmod` 是一個用於將模組加載到 linux 核心中的命令。使用此命令時，首先需要準備好需要加載的模組，通常以 `.ko` 為副檔名。接著，系統會檢查此模組的所需的其他模組，並嘗試加載缺少的模組。然後，使用 `insmod` 命令將模組加載到核心中。加載模組後，系統會執行模組的初始化函式 （`module_init`），該函式負責初始化模組所需的資源，當加載完畢時，系統會將模組的資訊紀錄在核心中，包括模組的名稱、版本、作者等。此後，此模組可以被核心或其他模組所使用。 #### Linux 核心模組的符號 (symbol) 如何被 Linux 核心找到 根據 [kernel/moudle.c](https://elixir.bootlin.com/linux/v4.18/source/kernel/module.c) 的描述，`find_symbol` 函式用來尋找指定的符號，此過程中會使用到 `each_symbol_section` 逐一走訪核心模組的符號，而其中使用 `list_for_each_entry_rcu` 走訪已載入的模組。 #### MODULE_LICENSE 巨集指定的授權條款對核心有什麼影響 根據 [include/linux/module.h](https://github.com/torvalds/linux/blob/master/include/linux/module.h) 的描述，`MODULE_LICENSE` 巨集定義了幾種被標記為免費的授權，包括 `GPL、GPL v2、GPL and additional rights、Dual BSD/GPL、Dual MIT/GPL、Dual MPL/GPL`，以及一種非免費的授權 `Proprietary`，這些設定的原因有數個，首先是讓使用者可以透過 `modinfo` 查詢模組是否免費，其次可以讓 Linux 開發社群能夠忽略包含專有模組的錯誤報告，最後可以讓供應商可以根據自己的策略做出對應的處理。 #### 藉由 strace 追蹤 Linux 核心的掛載，涉及哪些系統呼叫和子系統 以 `hello.ko` 為例： ```shell $ sudo strace insmod hello.ko ... getcwd("/home/scream/hello", 4096) = 19 newfstatat(AT_FDCWD, "/home/scream/hello/hello.ko", {st_mode=S_IFREG|0664, st_size=112344, ...}, 0) = 0 openat(AT_FDCWD, "/home/scream/hello/hello.ko", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3 read(3, "\177ELF\2\1", 6) = 6 lseek(3, 0, SEEK_SET) = 0 newfstatat(3, "", {st_mode=S_IFREG|0664, st_size=112344, ...}, AT_EMPTY_PATH) = 0 mmap(NULL, 112344, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0x7a2ffa0d4000 finit_module(3, "", 0) = 0 ... ``` 在掛載模組到核心的過程中，因為 kernel module 執行在 kernel space 中，而 `insmod` 是在 user space 的程序，所以需要呼叫管理記憶體的 system call，將 user space 的資料複製到 kernel space 中。 此外，核心會讀取一個檔案，在此為 `hello.ko`，並獲取其 file descriptor，傳至 `finit_module` 中，參考 [finit_module](https://linux.die.net/man/2/finit_module) 得知 `finit_module` 使用方法和 `init_module` 類似，差別在 `finit_module` 從 file descriptor 中讀取要掛載的模組，如此以來可以避免使用加密簽名的模組確認掛載模組的開銷。 >The finit_module() system call is like init_module(), but reads the module to be loaded from the file descriptor fd. It is useful when the authenticity of a kernel module can be determined from its location in the file system; in cases where that is possible, the overhead of using cryptographically signed modules to determine the authenticity of a module can be avoided. ### 閱讀〈 [The Linux Kernel Module Programming Guide](https://sysprog21.github.io/lkmpg/) 〉 #### 紀錄疑惑 ##### UEFI SecureBoot 是什麼 (1.7 Before We Begin) 參考 [SecureBoot](https://wiki.debian.org/SecureBoot)，UEFI SecureBoot 是一種驗證機制，確保由 UEFI 韌體啟動的程式碼是可以被信任的，用於保護系統不被啟動過程早期加載的惡意程式碼攻擊，當系統啟用此設定時，任何嘗試執行不可信程式的操作都會被禁止，而驗證的過程是通過加密金鑰來實現的。 ##### off-by-one error 是什麼 (5.5 Code space) 參考 [Off-by-one error](https://en.wikipedia.org/wiki/Off-by-one_error)，這是一種邏輯上的錯誤，涉及一個數字與預期的值相差了 1，例如在迴圈的判斷中多進行了一次迭代或少做了一次迭代，舉例來說如果一個迴圈要計算 `i` 為 0 到 9 時的總和，但在條件中使用了 `i <= 10`，導致多計算一個元素，此錯誤會導致程式碼無法正確的存取陣列等資料結構中的元素，使得資料處理發生錯誤。