c - 如何设置 dr7 寄存器的值以便在 x86-64 上创建硬件断点？

Question

我正在开发一个允许在 OCaml 语言中使用 ptrace() 的“绑定(bind)”库，但我的问题只与 ptrace() 有关。

所以，现在，我正在尝试编写一小段代码，以便使用 ptrace() 在 Linux x86-64 上创建一个简单的硬件断点:

#define DR_OFFSET(x) (((struct user *)0)->u_debugreg + x)

typedef struct {
    int           dr0_local:    1;
    int           dr0_global:   1;
    int           dr1_local:    1;
    int           dr1_global:   1;
    int           dr2_local:    1;
    int           dr2_global:   1;
    int           dr3_local:    1;
    int           dr3_global:   1;
    int           reserverd:    8;
    break_flag_t  dr0_break:    2;
    data_length_t dr0_len:      2;
    break_flag_t  dr1_break:    2;
    data_length_t dr1_len:      2;
    break_flag_t  dr2_break:    2;
    data_length_t dr2_len:      2;
    break_flag_t  dr3_break:    2;
    data_length_t dr3_len:      2;
} dr7_t;

CAMLprim value ptrace_breakpoint(value ml_pid, value ml_addr)
{
    CAMLparam2(ml_pid, ml_addr);
    dr7_t dr7 = {0};

    dr7.dr0_local = 1;
    dr7.dr0_break = 0; /* break on execution */
    dr7.dr0_len   = 0x03; /* len 4 */

    ptrace(PTRACE_POKEUSER, Int_val(ml_pid), DR_OFFSET(0), (void*)Int64_val(ml_addr));
    ptrace(PTRACE_POKEUSER, Int_val(ml_pid), DR_OFFSET(7), (void*)dr7));
    ptrace(PTRACE_POKEUSER, Int_val(ml_pid), DR_OFFSET(6), (void*)0);
    CAMLreturn0;
}

当我执行这段代码时，我得到了一个无效参数。 dr7 的值为 0xc0001。为了找到一个有效值，我检查了 GDB 如何使用 strace 来使用 ptrace:

ptrace(PTRACE_POKEUSER, 6459, offsetof(struct user, u_debugreg), 0x400519) = 0
ptrace(PTRACE_POKEUSER, 6459, offsetof(struct user, u_debugreg) + 56, 0x101) = 0
ptrace(PTRACE_POKEUSER, 6459, offsetof(struct user, u_debugreg) + 48, 0) = 0

因此，GDB 将 dr7 寄存器设置为值 0x101。我试过这个值，它有效。因此，我想知道 GDB 使用的值的含义是什么？我之前使用的dr7_t位域是否有效？

谢谢。

编辑:

感谢 Neitsa，这是解决方案:

typedef struct {
    unsigned int  dr0_local:      1;  
    unsigned int  dr0_global:     1;  
    unsigned int  dr1_local:      1;  
    unsigned int  dr1_global:     1;  
    unsigned int  dr2_local:      1;  
    unsigned int  dr2_global:     1;  
    unsigned int  dr3_local:      1;  
    unsigned int  dr3_global:     1;  
    unsigned int  le:             1;  
    unsigned int  ge:             1;  
    unsigned int  reserved_10:    1;  
    unsigned int  rtm:            1;  
    unsigned int  reserved_12:    1;  
    unsigned int  gd:             1;  
    unsigned int  reserved_14_15: 2;
    break_flag_t  dr0_break:      2;  
    data_length_t dr0_len:        2;  
    break_flag_t  dr1_break:      2;  
    data_length_t dr1_len:        2;  
    break_flag_t  dr2_break:      2;  
    data_length_t dr2_len:        2;  
    break_flag_t  dr3_break:      2;  
    data_length_t dr3_len:        2;  
} dr7_t;

CAMLprim value ptrace_breakpoint(value ml_pid, value ml_addr)
{
    CAMLparam2(ml_pid, ml_addr);
    dr7_t dr7 = {0};

    dr7.dr0_local = 1;
    dr7.le = 1;
    dr7.ge = 1;
    dr7.reserved_10 = 1;

    my_ptrace(PTRACE_POKEUSER, Int_val(ml_pid), DR_OFFSET(0), (void*)Int64_val(ml_addr));
    my_ptrace(PTRACE_POKEUSER, Int_val(ml_pid), DR_OFFSET(7), (void*)dr7));
    my_ptrace(PTRACE_POKEUSER, Int_val(ml_pid), DR_OFFSET(6), (void*)0);
    CAMLreturn0;
}

Answer 1

你的结构看起来不错(不过我会使用 unsigned int)。

几点说明(引自 Intel Manual chap 17.2: Debug Registers):

• 保留位(必须根据文档进行相应设置):
  • 第 10 位保留但设置为 1。
  • 第 12、14 和 15 位保留，必须设置为 0(memset 预先将整个结构设置为 0)。

其他领域:

• 您应该还实现第 8 位和第 9 位并将它们设置为 1

LE and GE (local and global exact breakpoint enable) flags (bits 8, 9)— This feature is not supported in the P6 family processors, laterIA-32 processors, and Intel 64 processors. [...] , we recommend thatthe LE and GE flags be set to 1 if exact breakpoints are required

• 指令的指令断点必须将长度设置为 1 个字节(这意味着相应的 LENn 字段必须设置为 0):

Instruction breakpoint addresses must have a length specification of 1byte (the LENn field is set to 00). Code breakpoints for other operand sizes are undefined

因此，要在执行时设置断点:

• 将保留位设置为正确的值
• 将 DR7.LE 和 DR7.GE 设置为 1
• 将 DR7.L0 (L1, L2, L3) 设置为 1 [本地断点]
• 确保 DR7.RW/0(RW/1、RW/2、RW/3)为0 [指令执行中断]
• 确保 DR7.LEN0(LEN1、LEN2、LEN3)为0 [1 字节长度]
• 设置DR0(1,2,3)为指令线性地址
  • 断点 [DR0 到 DR3] 的线性地址必须落在指令的第一个字节上。

The processor recognizes an instruction breakpoint address only whenit points to the first byte of an instruction. If the instruction hasprefixes, the breakpoint address must point to the first prefix.

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编辑

• 0x101 :
  • bin(0x101) = '0b100000001'
  • DR7.L0 和 DR7.LE 设置为 1

从技术上讲，0x701 应该是正确的:

• 0x701 :
  • bin(0x701) = '0b11100000001'
  • DR7.L0 & DR7.LE & DR7.GE & DR7.bit10 设置为 1