c - 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(结构形式)并将一些数据(相同结构格式)传回用户空间。我可以成功接收来自用户的消息，但在尝试取消引用从内核接收的数据结构的某些成员时出现段错误。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");

}

全局.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段错误。如何解决这个问题？

谢谢

Answer 1

这段代码是非常错误的，全面的批评可能是不必要的，所以我只会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，从而丢失 malloc 返回的指针。这出现在代码中的多个位置。

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地访问，并且在某些体系结构上根本无法访问。它可能“工作”，因为完整的地址空间分为内核和用户空间，原则上内核可以访问那里。如果指针指向完全​​虚假的东西或内核内的东西，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相反的操作，不出所料，失败了——您无法访问内核内存，否则就不会有任何安全性。

问题的出现只是因为协议(protocol)错误。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。然后你可以告诉内核把数据放在哪里(以及多少个顶部)。

无论哪种方式，我认为您此时还没有准备好进行内核工作，因此强烈建议暂时坚持使用用户空间。