一. 介绍
data breakpoint是一种特殊的断电，在处理检查到预设地址的值发生R/W操作时，发生断点中断。
二. 使用方法1
kernel有示例代码，在data_breakpoint.c中，在这里，kernel检查的是symbol的值发生变化，但是实际上测试发现直接使用寄存器地址也是可以的。
/* * data_breakpoint.c - Sample HW Breakpoint file to watch kernel data address * * This program is free software; you can redistribute it and/or modify * it under the terms of the GNU General Public License as published by * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or * (at your option) any later version. * * This program is distributed in the hope that it will be useful, * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the * GNU General Public License for more details. * * You should have received a copy of the GNU General Public License * along with this program; if not, write to the Free Software * Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307, USA. * * usage: insmod data_breakpoint.ko ksym=<ksym_name> * * This file is a kernel module that places a breakpoint over ksym_name kernel * variable using Hardware Breakpoint register. The corresponding handler which * prints a backtrace is invoked every time a write operation is performed on * that variable. * * Copyright (C) IBM Corporation, 2009 * * Author: K.Prasad <prasad@linux.vnet.ibm.com> */ #include <linux/module.h> /* Needed by all modules */ #include <linux/kernel.h> /* Needed for KERN_INFO */ #include <linux/init.h> /* Needed for the macros */ #include <linux/kallsyms.h> #include <linux/perf_event.h> #include <linux/hw_breakpoint.h> struct perf_event * __percpu *sample_hbp; static char ksym_name[KSYM_NAME_LEN] = "pid_max"; module_param_string(ksym, ksym_name, KSYM_NAME_LEN, S_IRUGO); MODULE_PARM_DESC(ksym, "Kernel symbol to monitor; this module will report any" " write operations on the kernel symbol"); static void sample_hbp_handler(struct perf_event *bp, struct perf_sample_data *data, struct pt_regs *regs) { printk(KERN_INFO "%s value is changed ", ksym_name); dump_stack(); printk(KERN_INFO "Dump stack from sample_hbp_handler "); } static int __init hw_break_module_init(void) { int ret; struct perf_event_attr attr; hw_breakpoint_init(&attr); attr.bp_addr = kallsyms_lookup_name(ksym_name); attr.bp_len = HW_BREAKPOINT_LEN_4; attr.bp_type = HW_BREAKPOINT_W | HW_BREAKPOINT_R; sample_hbp = register_wide_hw_breakpoint(&attr, sample_hbp_handler, NULL); if (IS_ERR((void __force *)sample_hbp)) { ret = PTR_ERR((void __force *)sample_hbp); goto fail; } printk(KERN_INFO "HW Breakpoint for %s write installed ", ksym_name); return 0; fail: printk(KERN_INFO "Breakpoint registration failed "); return ret; } static void __exit hw_break_module_exit(void) { unregister_wide_hw_breakpoint(sample_hbp); printk(KERN_INFO "HW Breakpoint for %s write uninstalled ", ksym_name); } module_init(hw_break_module_init); module_exit(hw_break_module_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("K.Prasad"); MODULE_DESCRIPTION("ksym breakpoint");
三. 使用方法2
上面是使用kernel的hw_breakpoint走watchpoint来注册的，实际上这里有一层封装，我们直接使用arch/arm下面的hw_breakpoint也是可以的。
这里直接给代码链接了：https://elixir.bootlin.com/linux/v4.6/source/arch/arm/kernel/hw_breakpoint.c
有很多操作寄存器的地方，比较底层了，不过便于理解。
常用函数如下： static int __init arch_hw_breakpoint_init(void)； int arch_install_hw_breakpoint(struct perf_event *bp)； void arch_uninstall_hw_breakpoint(struct perf_event *bp)； static void enable_single_step(struct perf_event *bp, u32 addr)； static void disable_single_step(struct perf_event *bp)； //异常发生时进入这里处理 static void watchpoint_handler(unsigned long addr, unsigned int fsr, struct pt_regs *regs)；
四. 第一种方法的结果
pid_max value is changed CPU: 2 PID: 439 Comm: kworker/u8:3 Tainted: P W O 4.19.166 #2 Hardware name: xxxx (DT) Workqueue: events_unbound call_usermodehelper_exec_work Call trace: dump_backtrace+0x0/0x164 show_stack+0x20/0x2c dump_stack+0xb8/0xf0 sample_hbp_handler+0x28/0x3c [data_breakpoint] __perf_event_overflow+0x94/0xe0 perf_swevent_event+0x98/0x104 perf_bp_event+0x6c/0x98 watchpoint_report+0x80/0x94 watchpoint_handler+0x100/0x208 do_debug_exception+0xe8/0x174 el1_dbg+0x18/0xa8 alloc_pid+0x80/0x284 copy_process+0xb48/0x1960 _do_fork+0xa0/0x434 kernel_thread+0x40/0x50 call_usermodehelper_exec_work+0x40/0xd8 process_one_work+0x210/0x3e8 worker_thread+0x228/0x3c4 kthread+0x13c/0x14c ret_from_fork+0x10/0x18 Dump stack from sample_hbp_handler
五. 第二种方法使用示例
//TODO
六. 注意的地方
data breakpoint不同于breakpoint，发生异常后，因为寄存器中的值不会被清除，所以会一直循环中断，在os上看到的讨论如下：
在ARM上，Data Abort异常在触发它们的指令完成1之前触发。这意味着，在异常处理程序中，受指令影响的寄存器和存储器位置仍保留其旧值（或在某些情况下为未定义的值）。这样，当处理程序完成时，它必须重试中止的指令，以便被中断的程序按预期运行2。如果在处理程序返回时仍设置了监视点，则指令将再次触发它。这将导致您看到的循环。 为了解决这个问题，诸如GDB之类的用户空间调试器将单步执行击中某个监视点的任何指令，而该监视点被禁用，然后继续执行。但是，底层的内核API仅直接公开了硬件观察点行为。由于您使用的是内核API，因此取决于事件处理程序，以确保观察点不会在重试指令上触发。 [内核中的ARM观察点代码实际上确实支持自动单步执行，但仅在非常特定的条件下才支持。即，它要求1）没有向观察点注册任何事件处理程序，2）观察点在用户空间中，以及3）观察点未与特定的CPU关联。由于您的用例至少违反了（1）和（2），因此您必须找到另一个解决方案。] 3 不幸的是，在ARM上，没有万无一失的方法来使观察点保持启用而不引起循环。GDB用于单步程序的断点模式“指令不匹配”UNPREDICTABLE在内核模式4中使用时会产生行为。最好的办法是在处理程序中禁用监视点，然后设置一个标准断点，以根据您知道不久之后将要执行的指令重新启用它。 对于您的MMIO仿真驱动程序，观察点可能不是答案。除了刚才提到的问题外，大多数ARM内核还具有很少的观察点寄存器，因此该解决方案无法扩展。恐怕我对ARM的内存模型不够熟悉，无法提出替代方法。但是，Linux现有的用于为虚拟机模拟内存映射IO的代码可能是一个不错的起点。 1数据异常异常有两种类型，同步异常和异步异常，由实现来决定观察点生成哪种异常。我在此答案中描述了同步异常的行为，因为这将导致您遇到的问题。 2 ARMv7-A / R体系结构参考手册，B1.9.8，“数据异常中止”。 3 Linux Kernel v4.6 arch/arm/kernel/hw_breakpoint.c，第634-661行。 4 ARMv7-A / R体系结构参考手册，C3.3.3，“选择Monitor调试模式时出现无法预测的情况”。
一般的，我们通过调用单步执行，并且清掉异常寄存器的值，让程序可以继续执行，这样在下次发生异常的时候还可以继续进入data watchpoint