前些天有些讨论提到了安装硬件断点的相关操作，会出现用户进程出错退出的情况，所以这里从源码里复习一下怎么在arm64机器上注册硬件断点。

用户态空间安装硬件断点最常使用的是PTRACE_SETREGSET,指定寄存器集合为NT_ARM_HW_BREAK的一系列读写，从源码kernel/ptrace.c中可以观察到，实际PTRACE_SETREGSET时候只是调用到了跨平台写法
ptrace_regset

其中task_user_regset_view会返回架构相关信息。这里内部使用的是arch/arm64/ptrace.c中定义的user_aarch64_view，内含aarch64_regsets

其中对dbg系列寄存器定义了hw_break_get/hw_break_set来注册断点回调，核心调用流程为

ptrace_hbp_set_addr

ptrace_hbp_set_ctrl

那么这样一个硬件断点在ptrace的流程中就安装完成了，实际用户进程触发时便会自动调用ptrace_hbptriggered处理信号，接下来看这个回调怎么触发

ptrace_hbptriggered回调的起始与完结点：

可以看到ptrace这套接口其实很方便地把指令集中的同步异常转化为了被trace进程中的信号，被tracer异步唤醒处理。挺优雅的，具备很强的跨平台通用性，就是整体效率上不算很高。如果直接在处理同步异常时刻不挂起信号，而是直接进入到同线程用户态或内核态的handler处理动作，可以有更好的效率。

目前为了解决这个handler的灵活度可以用内核lua接口绑定常用的寄存器读取与内核读取的c接口来实现，感兴趣的朋友可以关注更新。

• ptrace_hbp_get_initialised_bp
  • ptrace_hbp_create
    • ptrace_breakpoint_init新建断点结构体
    • register_user_hw_breakpoint hw_breadkpoint.h 注册断点事件，包含回调为ptrace_hbptriggered
    • ptrace_hbp_set_event写入线程的调试寄存器
      • tsk->thread.debug.hbp_break[idx] = bp;
      • tsk->thread.debug.hbp_watch[idx] = bp;
• modify_user_hw_breakpoint in hw_breadkpoint.h控制修改断点信息

• ptrace_hbp_create
  • ptrace_breakpoint_init新建断点结构体
  • register_user_hw_breakpoint hw_breadkpoint.h 注册断点事件，包含回调为ptrace_hbptriggered
  • ptrace_hbp_set_event写入线程的调试寄存器
    • tsk->thread.debug.hbp_break[idx] = bp;
    • tsk->thread.debug.hbp_watch[idx] = bp;

• ptrace_breakpoint_init新建断点结构体
• register_user_hw_breakpoint hw_breadkpoint.h 注册断点事件，包含回调为ptrace_hbptriggered
• ptrace_hbp_set_event写入线程的调试寄存器
  • tsk->thread.debug.hbp_break[idx] = bp;
  • tsk->thread.debug.hbp_watch[idx] = bp;

• tsk->thread.debug.hbp_break[idx] = bp;
• tsk->thread.debug.hbp_watch[idx] = bp;

• 写入dbg控制寄存器

• 由执行指令（breakpoint）或访问内存(watchpoint)踩到硬件断点异常入口点位于中断处理入口entry.S el0_dbg位置，也即用户态调试异常，调用流程为
  • do_debug_exception,
    • 关键1.fault信息的获取位置const struct fault_info *inf = debug_fault_info + DBG_ESR_EVT(esr);
    • 关键2.fault回调函数的入口if (!inf->fn(addr_if_watchpoint, esr, regs)) 这个在arch/arm64/hw_breakpoint.c中被hook_debug_fault_code(DBG_ESR_EVT_HWBP, breakpoint_handler, SIGTRAP,TRAP_HWBKPT, "hw-breakpoint handler");设置为了使用breakpoint_handler处理
      • perf_bp_event(bp, regs)为调用回调的perf事件入口点
        • 兜兜转转会到达__perf_event_overflow(event, throttle, data, regs))核心调用
          • READ_ONCE(event->overflow_handler)(event, data, regs);=(等效于)=>此处调用到了event->overflow_handler即注册的ptrace_hbptriggered函数，其中唯一的关键是：
            • 为用户态进程安装一个trap信号，以供tracer捕获信息 force_sig_info(SIGTRAP, &info, current); info包含了断点踩踏的地址(void __user *)(bkpt->trigger),作为触发参数。

• do_debug_exception,
  • 关键1.fault信息的获取位置const struct fault_info *inf = debug_fault_info + DBG_ESR_EVT(esr);
  • 关键2.fault回调函数的入口if (!inf->fn(addr_if_watchpoint, esr, regs)) 这个在arch/arm64/hw_breakpoint.c中被hook_debug_fault_code(DBG_ESR_EVT_HWBP, breakpoint_handler, SIGTRAP,TRAP_HWBKPT, "hw-breakpoint handler");设置为了使用breakpoint_handler处理
    • perf_bp_event(bp, regs)为调用回调的perf事件入口点
      • 兜兜转转会到达__perf_event_overflow(event, throttle, data, regs))核心调用
        • READ_ONCE(event->overflow_handler)(event, data, regs);=(等效于)=>此处调用到了event->overflow_handler即注册的ptrace_hbptriggered函数，其中唯一的关键是：
          • 为用户态进程安装一个trap信号，以供tracer捕获信息 force_sig_info(SIGTRAP, &info, current); info包含了断点踩踏的地址(void __user *)(bkpt->trigger),作为触发参数。

• 关键1.fault信息的获取位置const struct fault_info *inf = debug_fault_info + DBG_ESR_EVT(esr);
• 关键2.fault回调函数的入口if (!inf->fn(addr_if_watchpoint, esr, regs)) 这个在arch/arm64/hw_breakpoint.c中被hook_debug_fault_code(DBG_ESR_EVT_HWBP, breakpoint_handler, SIGTRAP,TRAP_HWBKPT, "hw-breakpoint handler");设置为了使用breakpoint_handler处理
  • perf_bp_event(bp, regs)为调用回调的perf事件入口点
    • 兜兜转转会到达__perf_event_overflow(event, throttle, data, regs))核心调用
      • READ_ONCE(event->overflow_handler)(event, data, regs);=(等效于)=>此处调用到了event->overflow_handler即注册的ptrace_hbptriggered函数，其中唯一的关键是：
        • 为用户态进程安装一个trap信号，以供tracer捕获信息 force_sig_info(SIGTRAP, &info, current); info包含了断点踩踏的地址(void __user *)(bkpt->trigger),作为触发参数。

• perf_bp_event(bp, regs)为调用回调的perf事件入口点
  • 兜兜转转会到达__perf_event_overflow(event, throttle, data, regs))核心调用
    • READ_ONCE(event->overflow_handler)(event, data, regs);=(等效于)=>此处调用到了event->overflow_handler即注册的ptrace_hbptriggered函数，其中唯一的关键是：
      • 为用户态进程安装一个trap信号，以供tracer捕获信息 force_sig_info(SIGTRAP, &info, current); info包含了断点踩踏的地址(void __user *)(bkpt->trigger),作为触发参数。

传播安全知识、拓宽行业人脉——看雪讲师团队等你加入！