Linux vsyscall和vDSO加速系统调用

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“ vsyscall”和“ vDSO”段是用于加速Linux中某些系统调用的两种机制。尽管它们的基本功能（无需在内核模式下运行即可提供对功能的快速访问）是相同的，但它们之间还是有一些明显的区别。最近，vsyscall已被视为安全攻击的促成因素，因此已组合了一些补丁程序以逐步淘汰它。对这些补丁程序的讨论表明，关于社区如何处理安全问题的分歧仍然一如既往。

vsyscall区域是这两种机制中较旧的一个。它是作为执行特定系统调用的一种方式添加的，不需要任何真正的特权级别即可运行。经典示例是gettimeofday（） ; 它需要做的就是阅读内核当前的想法。有一些应用程序经常调用gettimeofday（），以至于它们只关心一点点开销。为了解决这个问题，内核允许将包含当前时间的页面以只读方式映射到用户空间。该页面还包含一个快速的 gettimeofday（）实现。使用此虚拟系统调用，C库可以提供快速的gettimeofday（），而实际上不必更改为内核模式。

Vsyscall有一些局限性。除其他外，只有少量的虚拟系统调用空间。由于受到了这些限制，内核开发人员引入了更灵活的vDSO实现。快速浏览一下现代系统将发现两者仍在使用中：

    $ cat /proc/self/maps...7fffcbcb7000-7fffcbcb8000 r-xp 00000000 00:00 0            [vdso]ffffffffff600000-ffffffffff601000 r-xp 00000000 00:00 0    [vsyscall]

通过再次键入相同的命令并比较输出，可以看到当前讨论的关键：

    7fff379ff000-7fff37a00000 r-xp 00000000 00:00 0             [vdso]ffffffffff600000-ffffffffff601000 r-xp 00000000 00:00 0     [vsyscall]

请注意，vDSO区域已移动，而vsyscall页面仍位于同一位置。vsyscall页面的位置被钉在内核ABI中，但是vDSO区域（与用户空间内存布局中的大多数其他区域一样）在每次映射时都会随机分配其位置。

地址空间布局随机化是防御安全漏洞的一种形式。能够超出堆栈范围的攻击者通常可以安排目标进程中的功能以“返回”至任意地址。根据在该地址找到的指令的不同，这种退货可能会导致几乎任何事情发生。返回到 C库中的system（）函数是一个明显的例子。它可以用来执行任意命令。但是，如果不知道C库在内存中的位置，那么利用漏洞跳转到有用的位置将变得非常困难或不可能。

vsyscall页面中没有system（）函数，但是有一些调用系统调用的机器指令。仅需少量设置，这些指令就可以在堆栈溢出攻击中使用，以调用具有攻击者定义的参数的任意系统调用-这不是理想的结果。因此，最好删除vsyscall页面（或至少将其位置随机化）以阻止这种类型的攻击。不幸的是，应用程序取决于该页面的存在和确切地址，因此无法执行任何操作。

除了Andrew Lutomirski发现可以做的事情：从vsyscall页面上删除所有有用的指令。其中一个与vsyscall64 sysctl旋钮相关联，该旋钮实际上仅对用户模式Linux有用（即使在那里也无法正常工作）。它只是被删除了。其他时间并不是真正的系统调用指令：系统时间，如果仅保持正确的值而跳入（并因此执行，就像执行代码一样），则看起来像是系统调用指令。为了解决该问题，变量已被移到单独的页面中，并且执行许可权已关闭。

vsyscall页面中的其余代码已被简单地删除，并由特殊的陷阱指令代替。尝试调用vsyscall页面的应用程序将陷入内核，然后内核将在内核空间中模拟所需的虚拟系统调用。结果是一个内核系统调用模拟了一个虚拟系统调用，该虚拟系统调用被放置在该位置以避免首先出现内核系统调用。结果是执行“ vsyscall”，该过程需要花费一微秒的时间才能执行，但至关重要的是，它不会破坏现有的ABI。无论如何，只有在应用程序尝试使用vsyscall页面而不是vDSO时，才会看到速度下降。

除了一个小问题外，现代应用程序在大多数情况下都不应该这样做：glibc仍然使用time（）的vsyscall版本。该问题已在glibc信息库中得到修复，但该修复可能暂时无法向用户提供。同时，time（）调用将比以前慢一些。那不应该是一个真正的问题，但永远都不是问题，因此Andy放置了一个配置选项以保留旧的做事方式。有人担心仿真vsyscall页的开销可以设置 CONFIG_UNSAFE_VSYSCALLS得到旧的行为。

没有人真正反对整个补丁系列，但是Linus讨厌配置选项的名称。他要求将其改为CONFIG_LEGACY_VSYSCALLS。或者，甚至更好的是，更改可以只是无条件进行。这导致 PaX开发人员对内核社区喜欢隐藏安全问题的方式做出了相当可预见的回应，Linus表示：

将旧的vdso称为“ UNSAFE”作为配置选项只是愚蠢的。这是一个policy名称，除了您的policy议程之外，没有其他充分的理由。当我这样称呼您时，您只会吐出同样疲倦的旧安全性废话。

可以说谈话从那里走下坡路；有兴趣的人士可以点击上面引用的消息中的线程链接。

从该讨论中得出的一个有用的观点是，静态vsyscall页面实际上不是安全漏洞；它不是安全漏洞。它只是一种资源，可以使攻击者更容易利用系统中其他位置的漏洞。该方面是使该页面“不安全”还是仅使“旧版”留给读者练习。不管采用哪种方式，删除都被认为是一个好主意，尽管删除可能会导致真正的安全性错误仍未在内核中修复。论据全都与命名有关。

在撰写本文时，尚未发布补丁的最终版本，但是补丁的形状非常清晰。静态vsyscall页面将不再以其当前形式存在，并且仍在使用该页面的应用程序将继续工作，但速度会稍慢一些。控制此行为的配置选项可能存在也可能不存在，但是任何发行包含此更改的内核的发行版（可能是3.1或更高版本）也将具有C库，该库不再尝试使用vsyscall页。而且，幸运的是，利用漏洞将变得更加困难。

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