Linux异常表

一、为什么需要异常表？

处于内核态的程序有下面四种情况会产生缺页异常：

1、内核试图访问属于进程地址空间的页，但是，该页对应的页框不存在或者内核试图去访问一个只读的页，分别对应“请求调页”和“写时复制”两种情况。

2、内核寻址到属于内核地址空间的页，但是相应的页表项没有被初始化，这个对应“非连续内存区访问”。

3、内核代码包含编程错误，函数执行产生异常，这是一个内核漏洞。

4、系统调用服务例程试图读写一个内存区，而该内存区的地址是通过系统调用参数传递过来的，但确不属于进程的地址空间。

前面两种情况缺页异常处理程序很容易识别出来，但是后面两种情况却比较难区分。为了识别出后面的两种情况，linux内核专门建立了一个异常表来辨别后两种情况。

二、linux怎样实现异常表？

异常表存放了内核服务例程访问进程地址空间的每条指令的地址。这个表存放在内核代码段的__ex_table节，其起始和终止地址由C编译器产生的两个符号__start__ex_table和__stop__ex_table来标识，在linux内核链接脚本文件中将每个目标文件中的__ex_table节合并，并定义了__start__ex_table和__stop__ex_table来标识。

  __start___ex_table = .;   //异常表
  __ex_table : { *(__ex_table) }
  __stop___ex_table = .;

此外，每个动态装载的内核模块包含自己的局部异常表，当模块被加载进内核时，这个表也被装入内存。

每个异常表的表项都是一个exception_table_entry结构：

struct exception_table_entry
{
    unsigned long insn, fixup;
};

insn是访问进程地址空间的指令的线性地址。当存放insn单元中的指令所触发的缺页异常发生时，fixup就是要调用的汇编指令代码地址，通常这个汇编代码强制服务例程返回一个出错码给用户态进程。

一般通过下面的汇编伪指令向异常表中插入一个表项：

.section __ex_table, “a”
    .long faulty_instruction_address, fixup_code_address
.previous

faulty_instruction_address是访问进程地址空间指令的地址，fixup_code_address是faulty_instruction_address指向的指令所引起异常的修正代码，通常是给用户程序返回错误码。

例如在访问进程地址空间的内核代码中：

__get_user_1:
    GET_THREAD_INFO(%edx)
    cmpl TI_addr_limit(%edx),%eax
    jae bad_get_user
:    movzbl (%eax),%edx
    xorl %eax,%eax
    ret

__get_user_2:
    addl $,%eax
    jc bad_get_user
    GET_THREAD_INFO(%edx)
    cmpl TI_addr_limit(%edx),%eax
    jae bad_get_user
:    movzwl -(%eax),%edx
    xorl %eax,%eax
    ret

__get_user_4:
    addl $,%eax
    jc bad_get_user
    GET_THREAD_INFO(%edx)
    cmpl TI_addr_limit(%edx),%eax
    jae bad_get_user
:    movl -(%eax),%edx
    xorl %eax,%eax
    ret

bad_get_user:
    xorl %edx,%edx
    movl $-,%eax
    ret

.section __ex_table,"a"
    .long 1b,bad_get_user
    .long 2b,bad_get_user
    .long 3b,bad_get_user
.previous

从上面的汇编代码中可以知道，真正访问进程地址空间的指令是标号1,2,3处的指令，所以只需要把这三处的指令地址放到异常表中就可以了，bad_get_user是处理这个三条指令引起异常的修改代码。

三、怎样通过异常表来判断异常类型？

当内核态发生缺页异常时，缺页异常处理程序先排除了前面两种情况，然后检查异常表：如果表中包含产生异常的指令地址，那么这个错误就是由非法的系统调用参数引起的，也就是第四种情况，否则，就是由某一更严重的内核bug引起的，即第三种情况。