Linux soft lockup时远程调试的可能性

曾经写过一个模块，当运行Linux内核的机器死机时，SSH肯定无法登录了，但只要它还响应中断，就尽力让它可以通过网络带回一些信息。陈年的事了：
https://blog.csdn.net/dog250/article/details/43370611

今日重提这件事，不陌生，但纠结。

本文不谈sysrq，也不谈别的。

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Linux内核在发生soft lockup的时候，是可以ping通的，只要没有关中断，ping通一般没有问题。既然可以ping通，何必不带回一些真正重要的信息而不仅仅是echo的reply？

且慢，你可能会觉得这一切没有意义，懂kdump的人都会这么擡杠，毕竟如果这个时候让内核panic掉，保留一个vmcore，事后便可以随便分析了。

哈哈，我也不是不懂kdump，我当然懂得如何分析vmcore，我只是不信任它而已，我不觉得它保留有足够的信息，相比之下，我只想知道在事故发生的当时，到底发生了什么，因此，我需要尽可能的去debug将死未死的系统，也就是说，我想要获取已经soft lockup的内核的信息。

如果你重启了内核，保留了一具vmcore尸体，如果是攻击的情况，很可能在系统重启的过程中，攻击者就发觉了，暂停了攻击或者更改了方式…

不要在既有的框架内就事论事，找些没文化的流氓一起讨论会比和经理讨论可能更有收获。有的时候我不想争论，不是说我不善于争论，而是我觉得和我争论的人根本不知道我在说什么，唉。

SSH已经不能指望了，怎么办？

想法简单，不足道，仅仅是个POC，也希望能有人一起讨论：

• 注册一个新的四层协议，除了TCP/UDP/ICMP等熟知协议之外的新协议，这是为了避免每一个数据包都要经过过滤，避免影响性能。
• 事先分配skb，避免当事故发生时回送信息时分配skb失败。

好了，看代码，先给出载入内核的代码，这个代码的大部分都是我从网上抄来的，并不是自己写的，我只是重组了逻辑：

#include <net/protocol.h>
#include <linux/if_ether.h>
#include <linux/ip.h>
#include <linux/udp.h>

#define IPPROTO_MYPROTO  123
#define QUOTA	30

struct sk_buff *eskb[QUOTA];

static int quota = QUOTA - 1;
//module_param(quota, int, 0644);
//MODULE_PARM_DESC(quota, "soft_lockup");

unsigned short _csum(unsigned short* data, int len)
{
   
    
	int pad = 0;
	int i = 0;
	unsigned short ret = 0;
	unsigned int sum = 0;
	if (len % 2 != 0)
		pad = 1;
	len /= 2;
	for ( i = 0; i < len; i++) {
   
    
		sum += data[i];
	}
	if (pad == 1)
		sum += ((unsigned char*)(data + len))[0] ;
	sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);
	sum += (sum >> 16);
	ret = ~sum;
	return ret;
}

int myproto_rcv(struct sk_buff *skb)
{
   
    
	struct udphdr *uh, *euh;
	struct iphdr *iph, *eiph;
	struct ethhdr *eh, *ethh;
	char esaddr[6];
	unsigned char *pos;

	if (quota < 0) {
   
    
		goto end;
	}
	iph = ip_hdr(skb);
	uh = udp_hdr(skb);
	eh = (struct ethhdr *)(((unsigned char *)iph) - sizeof(struct ethhdr));

	// 出事的时候，直接构造已经分配的skb
	eskb[quota]->ip_summed = CHECKSUM_NONE;
	eskb[quota]->protocol = htons(ETH_P_IP);
	eskb[quota]->priority = 0;
	eskb[quota]->dev = skb->dev;
	eskb[quota]->pkt_type = PACKET_OTHERHOST;
	skb_reserve(eskb[quota], 1300 + sizeof(struct ethhdr) + sizeof(struct iphdr) + sizeof(struct udphdr));

	pos = skb_push(eskb[quota], 1300);
	strcpy(pos, "abcdefghijk123456789");
	pos = skb_push(eskb[quota], sizeof(struct udphdr));
	skb_reset_transport_header(eskb[quota]);
	euh = (struct udphdr *)pos;
	euh->source = uh->dest;
	euh->dest = uh->source;
	euh->len = htons(1300 + sizeof(struct udphdr));
	euh->check = 0;

	memcpy(pos - 12, &iph->daddr, 4);
	memcpy(pos - 8, &iph->saddr, 4);
	((unsigned short *)(pos - 4))[0] = 0x1100;
	memcpy(pos - 2, &euh->len, sizeof(euh->len));
	euh->check = _csum((unsigned short*)(pos - 12), 12 + 1300 + sizeof(struct udphdr));

	pos = skb_push(eskb[quota], sizeof(struct iphdr));
	skb_reset_network_header(eskb[quota]);
	eiph = (struct iphdr *)pos;
	eiph->version = 4;
	eiph->ihl = 5;
	eiph->tos = 0;
	eiph->tot_len = htons(1300 + sizeof(struct udphdr) + sizeof(struct iphdr));
	eiph->id = 0x1122;
	eiph->frag_off = 0;
	eiph->ttl = 64;
	eiph->protocol = 0x11;
	eiph->check = 0;
	eiph->saddr = iph->daddr;
	eiph->daddr = iph->saddr;
	eiph->check = _csum((unsigned short*)pos, sizeof(struct iphdr));

	pos = skb_push(eskb[quota], sizeof(struct ethhdr));
	skb_reset_mac_header(eskb[quota]);

	ethh = (struct ethhdr *)pos;

	memcpy(esaddr, eh->h_dest, 6);
	memcpy(ethh->h_dest, eh->h_source, ETH_ALEN);
	memcpy(ethh->h_source, eh->h_dest, ETH_ALEN);
	ethh->h_proto = htons(ETH_P_IP);

	printk("myproto_rcv is called, length:%d  %x %x\n", skb->len, esaddr[2], esaddr[3]);

	dev_queue_xmit(eskb[quota]);

	quota --;
end:
	kfree_skb(skb);
	return 0;
}

int myproto_rcv_err(struct sk_buff *skb, unsigned int err)
{
   
    
	printk("myproto_rcv is called:%d\n", err);
	kfree_skb(skb);
	return 0;
}

static const struct net_protocol myproto_protocol = {
   
    
	.handler = myproto_rcv,
	.err_handler = myproto_rcv_err,
	.no_policy = 1,
	.netns_ok = 1,
};

int init_module(void)
{
   
    
	int ret = 0, i;

	// 事先分配skb
	for (i = 0; i < QUOTA; i++) {
   
    
		eskb[i] = alloc_skb(1300 + sizeof(struct ethhdr) + sizeof(struct iphdr) + sizeof(struct udphdr), GFP_ATOMIC);
		if (eskb[i] == NULL) {
   
    
			//int j;
			//for () {
   
    
			//}
			printk("alloc failed\n");
			return -1;
		}
	}

	// 注册123协议，它不是TCP,UDP,ICMP
	ret = inet_add_protocol(&myproto_protocol, IPPROTO_MYPROTO);
	if (ret) {
   
    
		printk("failed\n");
		return ret;
	}
	printk("successful\n");
	return 0;
}

void cleanup_module(void)
{
   
    
	int rc = 0;
	inet_del_protocol(&myproto_protocol, IPPROTO_MYPROTO);
	//for (i = quota; i >=0; i--) {
   
    
		//kfree_skb(eskb[i]);
	//}
	return;
}

int init_module(void);
void cleanup_module(void);
MODULE_LICENSE("GPL");

来来来，看一下客户端的代码。

客户端需要通过raw套接字发送一个“请求”，它的传输层协议是123，然而回复的却是一个标准的UDP报文，所以客户端需要在该UDP上接收。

代码如下：

#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <linux/ip.h>
#include <linux/udp.h>

#define PCKT_LEN 8192

unsigned short csum(unsigned short *buf, int nwords)
{
   
    
  unsigned long sum;
  for(sum=0; nwords>0; nwords--)
    sum += *buf++;
  sum = (sum >> 16) + (sum &0xffff);
  sum += (sum >> 16);
  return (unsigned short)(~sum);
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
   
    
	int sd, usd;
	struct iphdr *ip;
	struct udphdr *udp;
	struct sockaddr_in sin, usin, csin;
	u_int16_t src_port, dst_port;
	u_int32_t src_addr, dst_addr;
	int one = 1;
	const int *val = &one;
	int dlen, rlen, clen = sizeof(csin);
	char *data;
	char buf[1300];

	if (argc != 6) {
   
    
		printf("Usage: %s <source hostname/IP> <source port> <target hostname/IP> <target port>\n", argv[0]);
		exit(1);
	}

	src_addr = inet_addr(argv[1]);
	dst_addr = inet_addr(argv[3]);
	src_port = atoi(argv[2]);
	dst_port = atoi(argv[4]);
	dlen = atoi(argv[5]);

	data = malloc(sizeof(struct iphdr) + sizeof(struct udphdr) + dlen);

	ip = (struct iphdr *)data;
	udp = (struct udphdr *)(data + sizeof(struct iphdr));

	sd = socket(PF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_UDP);
	if (sd < 0) {
   
    
		perror("raw error");
		exit(2);
	}


	if(setsockopt(sd, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, val, sizeof(one)) < 0) {
   
    
		perror("setsockopt() error");
		exit(2);
	}
	sin.sin_family = AF_INET;
	sin.sin_port = htons(dst_port);

	sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[3]);

	ip->ihl = 5;
	ip->version = 4;
	ip->tos = 16; // low delay
	ip->tot_len = sizeof(struct iphdr) + sizeof(struct udphdr) + dlen;
	ip->id = htons(54321);
	ip->ttl = 64; // hops
	ip->protocol = 123; // UDP
	ip->saddr = src_addr;
	ip->daddr = dst_addr;

	udp->source = htons(src_port);
	udp->dest = htons(dst_port);
	udp->len = htons(sizeof(struct udphdr) + dlen);

	ip->check = csum((unsigned short *)data, sizeof(struct iphdr) + sizeof(struct udphdr) + dlen);

	usd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
	if (usd < 0) {
   
    
		perror("usd error");
		exit(2);
	}

	bzero(&usin, sizeof(usin));
	usin.sin_family = AF_INET;
	usin.sin_port   = htons(src_port);
	usin.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);

	if (bind(usd, (struct sockaddr *)&usin, sizeof(usin))) {
   
    
		perror("bind error");
		exit(2);
	}


	if (sendto(sd, data, ip->tot_len, 0, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin)) < 0) {
   
    
		perror("sendto()");
		exit(3);
	}
	rlen = recvfrom(usd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&csin, &clen);
	printf("recv:%s\n", buf);
	close(sd);
	return 0;
}

…
好了，我们在服务端加载内核模块，制造一个死锁或者玩一个fork炸弹，SSH已经无法登录但是能ping通的情况下，执行我们的客户端程序，可以完美给出结果。

我们只需要把“abcdefghijk123456789”改成当前内核能取到的信息即可，没意思也不好玩了。

哦，对了，必须补充一段。这个代码有很多不可行的情况，比如你用了_irq前缀把硬中断禁用了，比如你的网络拓扑不是直来直往的，比如你有更好的带外系统，比如各种其它的不适用。但是至少，在直连的情况下，你SSH都登录不上了，我这个破烂玩意儿可以带回一些信息，哪怕只是一双皮鞋👞。

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浙江温州皮鞋湿，下雨进水不会胖。