宋宝华：为了不忘却的纪念，评Linux 5.13内核（上集）

Posted 2021-09-07 宋宝华

5.14-rc6了，看起来5.14也快发布了。而我5.13的总结还没有写出，我早觉得有写一点东西的必要了，这虽然于搬砖的码农毫不相干，但在追求上进的工程师那里，却大抵只能如此而已。为了不忘却的纪念，我们列出5.13内核的10个激动人心的新特性。上集先谈4个：

1. Apple M1的初始

2. Misc cgroup

3. Landlock安全模块

4. 系统调用的堆栈随机化

Apple M1的初始支持

5.13最爆炸性的新闻无非是初始的Apple M1支持，但是然并卵，实用性几乎为0。因为，已经合入的patch非常类似于SoC bringup的初级阶段：

• 带earlycon支持的UART (samsung-style) 串口驱动

• Apple中断控制器，支持中断、中断亲和(affinity )和IPI (跨CPU中断)

• SMP (通过标准spin-table来支持）

• 基于simplefb的framebuffer驱动

• Mac Mini的设备树

这样一个东西，是没法用的，发烧友玩玩可以，但是我们感激并欣赏Hector Martin “marcan”领导的Asahi Linux项目开了一个这样的好头。但是，在Apple M1上面跑Ubuntu啥的，近期、中期和长期的选择还是用Parallels虚拟化技术比较好。

Misc cgroup

众所周知，cgroup具备一个强大的控制CPU、内存、I/O等资源在不同的任务群间进行分配的能力。比如，你通过下面的命令，限制A这个群的CFS调度类进程，最多只能耗费20%的CPU：

这个世界上的绝大多数资源都是可以进行抽象的，比如属于cpuacct、cpu、memory、blkio、net_cls什么的，但是，总有一些不同于常人的人，他们既不是男人，也不是女人，而是“妖如果有了仁慈的心”的人。Linux内核的驱动子系统多达100多个，但是还是有极个别驱动不属于这100多类中的任何一类，于是在drivers下面有个misc：

现在内核碰到了类似的问题，它的资源要进行配额控制，但是不属于通用的类型，而是：

• Secure Encrypted Virtualization (SEV) ASIDs

• SEV - Encrypted State (SEV-ES) ASIDs

这些有限的 ASIDs用于在AMD平台上，进行虚拟机内存加密，不能归于现有cgroup的任何一类。那么，咱们加个misc类的cgroup吧，于是Misc control-group controller在5.13内核诞生了。这再次证明了，不要重新造轮子，但是你可以在现有的轮子里面放一个“杂交”轮子。Misc cgroup允许进行一些特殊资源的控制，透过3个接口完成。

• misc.capacity描述资源的能力（只读），比如：

$ cat misc.capacity
res_a 50
res_b 10

• 透过misc.current描述当前资源的占用（只读），比如：

$ cat misc.current
res_a 3
res_b 0

• 透过misc.max设置这个cgroup最多只能使用多少资源（可读可写），比如：

# echo res_a 1 > misc.max

同志们，有了这个misc cgroup的支持，以后咱们的阿猫阿狗资源限制，也可以往里面塞了。它相当于开了一道门。

 

Landlock安全模块

曾经有一个真诚的patch摆在我面前，但是我没有珍惜，发了V1被人怼了后就放弃了，等到失去的时候才后悔莫及，尘世间最痛苦的事莫过于此，如果上天可以给我一个机会再来一次的话，我会对那个patch说我要继续迭代发！如果非要在这个迭代的次数上加上一个期限，我希望是一百遍。5.13内核，最励志的事情无疑是，"Landlock" Lands In Linux 5.13 ！在迭代了超过5年之后，安全组件landlock终于合入了Linux内核，这份始于2016年的爱情，终于有了一个美好的结局。为此，Linux内核doc的维护者，LDD3的作者之一Jonathan Corbet发文指出：Kernel development is not for people who lack persistence; changes can take a number of revisions and a lot of time to make it into a mainline release。文章链接：

https://lwn.net/Articles/859908/

所以，没有耐力、不能持之以恒,想一夜暴富的人，真地不适合做kernel开发。Landlock LSM主要给非特权进程提供安全沙盒的能力，比如你可以对一个普通进程，施加自定义的文件系统访问控制策略。

它的操作原理是，先创建一个规则集ruleset，比如，如下的ruleset就是涉及到文件的读、写、执、读DIR、写DIR等：

ruleset对用户以文件描述符fd的形式存在，再次证明了“一切都是文件”。接下来，我们可以透过这个fd，向这个ruleset里面添加rule，比如我们添加一个/usr目录的“读”规则，这样进程就不能写/usr了：

我们把这个ruleset施加起来让它生效：

想要体验的童鞋可以用这个例子启动你的进程，它设置好ruleset后，会去call exec启动命令行参数指定的程序：

https://github.com/landlock-lsm/linux/blob/landlock-v34/samples/landlock/sandboxer.c

LL_FS_RO环境变量是可读文件的列表，LL_FS_RW环境变量是可读写文件的列表，运行方法：

LL_FS_RO=”只读路径” \\
LL_FS_RW=”可写路径” \\
sandboxer  ./a.out

a.out是你的想要安全沙盒的程序。

在下已经一睹为快，在/home/baohua下面创建2个目录1,2，然后创建/home/baohua/1/1和/home/baohua/2/1这2个文件，限制第一个目录只读：

童鞋们看明白了吗？我用sandboxer去启动cat，2个文件都是成功的。但是，去启动echo，/home/baohua/1/1是不允许写的，但是/home/baohua/2/1是可以写的。实际上，/home/baohua/1/1和/home/baohua/2/1并没有丝毫的不同。landlock在发挥作用了！

系统调用的堆栈随机化

这是一项安全增强，它允许对系统调用发生时，内核使用的堆栈添加一个随机偏移。这给基于stack的攻击增加了难度，因为stack攻击通常要求stack有个固定的layout。现在每次系统调用，stack的layout都变化的话，黑客就比较捉摸不定了。比如ARM64主要修改了invoke_syscall()这个函数：

这个东西听起来很高大上，但是它的原理可能简单地你想哭，show me the code：

它实际上就是每次系统调用把offset随机化一下，然后通过__builtin_alloca()从stack里面分配一些stack空间，于是导致stack的位置移动。我们可以写个非常简单的应用程序来验证原理：

然后编译

gcc 1.c  -fno-stack-protector -O0

运行：

亲爱的，你有没有发现，10次函数调用的时候，每次stack临时变量的位置都不一样！！？

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