[ON] В ядро Linux 5.12 принята подсистема KFence для выявления ошибок при работе с памятью

[rssbot]

В состав находящегося в разработке ядра Linux 5.12 включена реализация механизма KFence (Kernel Electric Fence), который проверяет работу с памятью, отлавливая выход за границы буферов, обращения к памяти после освобождения и другие ошибки подобного класса.


Подобная функциональность уже присутствовала в ядре в виде опции сборки KASAN (kernel address sanitizer, использует Address Sanitizer в современных gcc и clang) - однако позиционировалась в основном для отладочного применения. Подсистема KFence отличается от KASAN высокой скоростью работы, что позволяет использовать эту возможность даже на ядрах в рабочих системах.


Применение на рабочих системах даст возможность отлавливать ошибки работы с памятью, которые не проявляются в тестовых запусках и всплывают только на рабочих нагрузках или при длительной работе (при большом uptime). Кроме того, применение KFence на рабочих системах даст возможность существенно увеличить число машин, вовлечённых в проверку работы ядра с памятью.


Минимальные накладные расходы, не зависящие от нагрузки, достигаются в KFence благодаря подстановке страниц защиты (guard pages) в кучу через фиксированные интервалы. После истечения времени очередного интервала защиты KFence через штатную систему распределения памяти (SLAB или SLUB allocator) добавляет очередную страницу защиты из пула объектов KFence, и начинает новый отчёт счётчика времени. Каждый объект KFence размещается в отдельной странице памяти, а страницы памяти по левой и правой границе образуют страницы защиты (guard pages), размер которых выбирается случайно.


Таким образом, страницы с объектами отделяются друг от друга страницами защиты, которые настраиваются на генерацию "page fault" при любом обращении. Для выявления операций записи за границу буфера внутри страниц с объектами дополнительно используются "красные зоны" на основе шаблонов, которые занимают память, не используемую объектами, остающуюся при выравнивании размера страниц памяти.

Код:

---+-----------+-----------+-----------+-----------+-----------+---
| xxxxxxxxx | O :
| xxxxxxxxx |
: O | xxxxxxxxx |
| xxxxxxxxx | B :
| xxxxxxxxx |
: B | xxxxxxxxx |
| x GUARD x | J : RED- | x GUARD x | RED- : J | x GUARD x |
| xxxxxxxxx | E : ZONE | xxxxxxxxx | ZONE : E | xxxxxxxxx |
| xxxxxxxxx | C :
| xxxxxxxxx |
: C | xxxxxxxxx |
| xxxxxxxxx | T :
| xxxxxxxxx |
: T | xxxxxxxxx |
---+-----------+-----------+-----------+-----------+-----------+---

В случае попытки обращения к области вне границ буфера операция затрагивает страницу защиты, что приводит к генерации "page fault", который перехватывает KFence и выводит в лог данные о выявленной проблеме. По умолчанию KFence не блокирует ошибку и лишь выводит предупреждение в лог, но предусмотрена настройка "panic_on_warn", позволяющая в случае выявления ошибки переводить ядро в состояние краха (panic).





Источник: https://www.opennet.ru/opennews/art.shtml?num=54671
(opennet.ru, основная лента)