在用户空间使用 netlink 从内核接收数据时出错

Question

我编写了一个内核模块，它接受数据（结构的形式）并将一些数据（相同的结构格式）传回用户空间。我可以成功接收来自用户的消息，但是当我尝试取消引用从内核接收的数据结构的某些成员时出现分段错误。我正在使用 netlink 套接字 API。

示例代码如下：

用户空间.c

#define NETLINK_USER 27

#define MAX_PAYLOAD 10000 /* maximum payload size*/
struct sockaddr_nl src_addr, dest_addr;
struct nlmsghdr *nlh = NULL;
struct iovec iov;
int sock_fd;
struct msghdr msg;
Response *p;
Response *req;

test r1;
test r2;

int main()
{

char *data;
data = malloc(4096 * sizeof(char));;
data = "data from user";
sock_fd=socket(PF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_USER);
if(sock_fd<0)
return -1;

memset(&src_addr, 0, sizeof(src_addr));
src_addr.nl_family = AF_NETLINK;
src_addr.nl_pid = getpid(); 

bind(sock_fd, (struct sockaddr*)&src_addr, sizeof(src_addr));

memset(&dest_addr, 0, sizeof(dest_addr));
memset(&dest_addr, 0, sizeof(dest_addr));
dest_addr.nl_family = AF_NETLINK;
dest_addr.nl_pid = 0; 
dest_addr.nl_groups = 0; 

nlh = (struct nlmsghdr *)malloc(NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));
memset(nlh, 0, NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));
nlh->nlmsg_len = NLMSG_LENGTH(MAX_PAYLOAD);
nlh->nlmsg_pid = getpid();
nlh->nlmsg_flags = 0;

p = malloc(2*sizeof(Response));

p[0].index = 1;

p[0].dataSize = 2;

p[0].data = data;
p[0].test2 = 3;
p[0].test3 = 4;
p[0].test4 = 5;

r1.t = 10;
r1.ip_addr = malloc(50*sizeof(char));
r1.ip_addr = "192.168.10.2";

p[0].test = &r1;

/* Extra for testing */
p[1].index = 2;
p[1].dataSize = 3;
//strcpy(p[1].data , "Data2 from User");
p[1].data = data;
p[1].test2 = 4;
p[1].test3 = 5;
p[1].test4 = 6;

r2.t = 20;
r2.ip_addr = malloc(50*sizeof(char));
r2.ip_addr = "192.168.20.2";

p[1].test = &r2;
memcpy(NLMSG_DATA(nlh), (void *)p, 2 * sizeof(*p));

iov.iov_base = (void *)nlh;
iov.iov_len = NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD);
msg.msg_name = (void *)&dest_addr;
msg.msg_namelen = sizeof(dest_addr);
msg.msg_iov = &iov;
msg.msg_iovlen = 1;

printf("Sending message to kernel\n");
sendmsg(sock_fd,&msg,0);
printf("Waiting for message from kernel\n");

/* Read message from kernel */
//recvmsg(sock_fd, &msg, 0);
req = (Response*)NLMSG_DATA(nlh);

printf("Recieved from Kernel:\n"); 
printf("index %d\n", req[0].index);
printf("dataSize %d\n", req[0].dataSize);
printf("data: %s\n", req[0].data);    <---Segmentation fault from here
printf("test2 %d\n", req[0].test2);
printf("test3 %d\n", req[0].test3);
printf("test4 %d\n", req[0].test4);


printf("contents of test structure are %d,%s\n",req[0].test->t,req[0].test->ip_addr);  <-----Segmentation fault 

close(sock_fd);

内核模块.c

#include <linux/module.h>
#include <net/sock.h>
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/skbuff.h>
#include <linux/slab.h>


#define NETLINK_USER 27

struct sock *nl_sk = NULL;
typedef struct _Response Response;

typedef struct _test test;


struct _test{

    int t;
    char *ip_addr;
};

struct _Response
{
  int index;
  int dataSize;     

char *data;
  int test2;
  int test3;
  int test4;

  test *test;
};



static void hello_nl_recv_msg(struct sk_buff *skb) {

struct nlmsghdr *nlh;
int pid;
struct sk_buff *skb_out;
int msg_size;
int res;
Response *req;
Response *req1;
test t;

t.t = 1;
t.ip_addr = kmalloc(50*sizeof(char), GFP_KERNEL);
t.ip_addr = "129.63.45.1";
req1 = (Response *)kmalloc_array(2, sizeof(Response), GFP_KERNEL);

char *data;
data = kmalloc(4096 * sizeof(char), GFP_KERNEL);
data = "data from kernel";
printk(KERN_INFO "Entering: %s\n", __FUNCTION__);

msg_size= 2 * sizeof(*req1);


req1[0].index = 100;
req1[0].dataSize = 100;

req1[0].data = data;
req1[0].test2 = 100;
req1[0].test3 = 100;
req1[0].test4 = 100;
req1[0].test = &t;
printk("Sending to Userspace:\n"); 


/*Second set of message*/
req1[1].index = 102;
req1[1].dataSize = 103;
//strcpy(req1[1].data , "Data from Kernel");
req1[1].data = data;
req1[1].test2 = 100;
req1[1].test3 = 100;
req1[1].test4 = 100;
req1[1].test = &t;

nlh=(struct nlmsghdr*)skb->data;

req = (Response *)NLMSG_DATA(nlh);   <--message received from user-space


printk("Recieved from Userspace:\n"); 
printk("index %d\n", req[0].index);
printk("dataSize %d\n", req[0].dataSize);
printk("data: %s\n", req[0].data);
printk("test2 %d\n", req[0].test2);
printk("test3 %d\n", req[0].test3);
printk("test4 %d\n", req[0].test4);
printk("contents of test are %d, %s\n",req[0].test->t,req[0].test->ip_addr);


printk("Next set of data\n");
printk("Recieved from Userspace:\n"); 
printk("index %d\n", req[1].index);
printk("dataSize %d\n", req[1].dataSize);
printk("data: %s\n", req[1].data);
printk("test2 %d\n", req[1].test2);
printk("test3 %d\n", req[1].test3);
printk("test4 %d\n", req[1].test4);
printk("contents of test are %d, %s\n",req[1].test->t,req[1].test->ip_addr);

pid = nlh->nlmsg_pid; /*pid of sending process */

skb_out = nlmsg_new(10000,0);

if(!skb_out)
{

    printk(KERN_ERR "Failed to allocate new skb\n");
    return;

} 
nlh=nlmsg_put(skb_out,0,0,NLMSG_DONE,10000,0);  
NETLINK_CB(skb_out).dst_group = 0; /* not in mcast group */



/*End of second set*/

memcpy(NLMSG_DATA(nlh), req1, 2 * sizeof(*req1));

res=nlmsg_unicast(nl_sk,skb_out,pid);

if(res<0)
    printk(KERN_INFO "Error while sending bak to user\n");
}

static int __init hello_init(void) {

printk("Entering: %s\n",__FUNCTION__);

struct netlink_kernel_cfg cfg = {
    .input = hello_nl_recv_msg,
};

nl_sk = netlink_kernel_create(&init_net, NETLINK_USER, &cfg);

if(!nl_sk)
{

    printk(KERN_ALERT "Error creating socket.\n");
    return -10;

}

return 0;
}

static void __exit hello_exit(void) {

printk(KERN_INFO "exiting hello module\n");
netlink_kernel_release(nl_sk);
}

module_init(hello_init); module_exit(hello_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

}

global.h

#ifndef __GLOBAL_H
#define __GLOBAL_H

typedef struct _Response Response;
typedef struct _test test;


struct _test{

        int t;
        char *ip_addr;
}; 

struct _Response
{
  int index;
  int dataSize;     

  char *data;
  int test2;
  int test3;
  int test4;

  test *test;
};

#endif

基本上问题出在指针上。如果我使用 char data[4096] 而不是字符指针，我会收到消息。但是我在取消引用测试结构时遇到了分段错误。如何解决这个问题？

谢谢

Answer 1

这段代码非常错误，可能没有必要进行全面批评，所以我只指出两种最明显的违规类型。

char *data;
data = kmalloc(4096 * sizeof(char), GFP_KERNEL);
data = "data from kernel";

首先 nit: sizeof(char) 保证为 1。但真正的问题是这会立即覆盖 data 的值，丢失 malloc 返回的指针。这存在于代码中的多个位置。

req = (Response *)NLMSG_DATA(nlh);   <--message received from user-space
printk("Recieved from Userspace:\n"); 
printk("index %d\n", req[0].index);
printk("dataSize %d\n", req[0].dataSize);
printk("data: %s\n", req[0].data);

这段代码虽然可能“有效”，但却是完全错误的。用户空间缓冲区 (.data) 无法以这种方式安全访问，并且在某些架构上根本无法访问。它可能“工作”，因为完整的地址空间分为内核和用户空间，并且内核原则上可以访问那里。如果指针指向完全​​伪造的东西或内核中的东西，或者可能指向未映射的东西，就会出现问题。

代码的用户空间部分尝试执行反向技巧，不出所料地失败了——您无法访问内核内存，否则将没有任何安全性。

问题只是因为协议错误而出现。您应该在用户空间中分配一个缓冲区和一个保存其大小的变量。然后您可以告诉内核将数据放在哪里（以及顶部的数量）。

无论哪种方式，我认为您目前还没有为内核工作做好准备，因此强烈建议暂时坚持使用用户空间。