[原创]复习arm64指令架构上通过ptrace安装硬件断点的源码流程-Android安全-看雪安全社区

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`

const struct user_regset_view *view = task_user_regset_view(task);
	const struct user_regset *regset = find_regset(view, type);
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

1. `ptrace_hbp_set_addr`

- `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

2. `ptrace_hbp_set_ctrl`

- 写入dbg控制寄存器

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
## 源码追溯回调的处理
`ptrace_hbptriggered`回调的起始与完结点：

- 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。

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。

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zhuzhu_biu 雪币： 3612 活跃值： (7460) 能力值： ( LV5，RANK：70 ) 在线值：发帖 8 回帖 60 粉丝 92 关注私信	zhuzhu_biu 1 6 楼分享一张很久之前记录硬断调用的流程图 2025-8-12 12:00 0
sk97 雪币： 280 活跃值： (1308) 能力值： ( LV2，RANK：10 ) 在线值：发帖 0 回帖 5 粉丝 0 关注私信	sk97 7 楼 zhuzhu_biu 分享一张很久之前记录硬断调用的流程图图好糊。有无高清大图？ 2025-8-12 12:04 0
dadadasda 雪币： 107 活跃值： (780) 能力值： ( LV2，RANK：10 ) 在线值：发帖 5 回帖 32 粉丝 42 关注私信	dadadasda 8 楼 zhuzhu_biu 分享一张很久之前记录硬断调用的流程图你这个也太糊了不过看几个关键节点应该总结蛮好的 2025-8-12 13:01 0
zhuzhu_biu 雪币： 3612 活跃值： (7460) 能力值： ( LV5，RANK：70 ) 在线值：发帖 8 回帖 60 粉丝 92 关注私信	zhuzhu_biu 1 9 楼 sk97 图好糊。有无高清大图？看雪压缩了,我没注意最后于 2025-8-13 12:03 被zhuzhu_biu编辑，原因：上传的附件：硬件断点指令流程.drawio.png （1.82MB，71次下载） 2025-8-13 12:03 1
dadadasda 雪币： 107 活跃值： (780) 能力值： ( LV2，RANK：10 ) 在线值：发帖 5 回帖 32 粉丝 42 关注私信	dadadasda 10 楼 zhuzhu_biu sk97 图好糊。有无高清大图？看雪压缩了,我没注意赞，挺全面了 2025-8-13 14:38 0
bullyxy 雪币： 20 活跃值： (1777) 能力值： ( LV2，RANK：10 ) 在线值：发帖 0 回帖 79 粉丝 4 关注私信	bullyxy 11 楼学习学习 2025-8-14 10:13 0
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