如何在ARM Linux内核中使用硬件断点

在ARM Linux内核中使用硬件断点

一般的CPU都支持硬件断点，也就是通过处理器提供专门断点寄存器保存一个地址，处理器在执行程序过程，会不断去匹配，可以设置成不同的模式来触发程序中断，如执行到这个地址，读这个地址或写这个地址， 并且可以设置长度，按8位，16位，或32位来触发。和软件断点比，好处是可以支持读写断点，程序断点不需要改写内存，可以设在ROM中，在虚拟地址映射前也可设置等等。

X86, ARMv5架构以上都可以支持硬件断点，如是ARM9上可以支持2个，最新ARMv8规范指定2-8个。

除了Jtag调试器可以支持硬件断点，在Linux内核中，也可以支持硬件断点。

相关的配置 CONFIG_HAVE_HW_BREAKPOIN

下面以3.18 Android内核上的ARM64为例，列举具体步骤：

在3.18上，这个配置没有写入menuconfig,所以首先修改Kconfig

kernel/arch/arm64/Kconfig.debug,加入

config HAVE_HW_BREAKPOINT

bool "Hardware Breakpoint support"

default y

help

If this option is hardware breakpoint

If in doubt, say N.123456123456

2.然后在已编译过的Android根目录环境下：

make -C kernel O=../out/target/product/<chipset>/obj/KERNEL_OBJ ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-android- KCFLAGS=-mno-android -j8 menuconfig 11

在”Kernel hacking”菜单下可以找到这一选项，同时还要把

Sample kernel code/Build kernel hardware breakpoint examples -- loadable module only11

选上。

因为目前安卓内核都已经把模块签名打开， 为了方便调试，可能暂时关掉：

Main Menu/Enable loadable module support - Require modules to be validly signed11

3.然后重编内核和bootimage,同进把samples module:data_breakpoint.ko也编出来

make -C kernel O=../out/target/product/<chipset>/obj/KERNEL_OBJ ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-android- KCFLAGS=-mno-android -j8 m=samples11

把生成的bootimage重新烧入手机，并且把data_breakpoint.ko也推送入

adb push /out/target/product/<chipset>/obj/KERNEL_OBJ/samples/hw_breakpoint/data_breakpoint.ko /data/test11

4.接下来就可以使用了，用法是插入data_breakpoint.ko模块，用符号作参数

如：

insmod hw_breakpoint.ko ksym=totalram_pages

totalram_pages变量是内存总的页大小，在cat /proc/meminfo时会读它

这时就会触发硬件断点，内核会打印中整个调用栈。

5.data_breakpoint.ko中，缺省是读写断点，可以在这个sample code的基础上，继续增强，通过不同的参数在使能只读断点或只写断点，包括长度。

代码位于内核中samples/hw_breakpoint/data_breakpoint.c

通过HW_BREAKPOINT_W和HW_BREAKPOINT_R来设置

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

Socket的send函数在执行时报EAGAIN的错误

当客户通过Socket提供的send函数发送大的数据包时，就可能返回一个EGGAIN的错误。该错误产生的原因是由于send 函数中的size变量大小超过了tcp_sendspace的值。tcp_sendspace定义了应用在调用send之前能够在kernel中缓存的数据量。当应用程序在socket中设置了O_NDELAY或者O_NONBLOCK属性后，如果发送缓存被占满，send就会返回EAGAIN的错误。

为了消除该错误，有三种方法可以选择：

1.调大tcp_sendspace，使之大于send中的size参数

---no -p -o tcp_sendspace=65536

2.在调用send前，在setsockopt函数中为SNDBUF设置更大的值

3.使用write替代send，因为write没有设置O_NDELAY或者O_NONBLOCK

1. tcp 收发缓冲区默认值

[root@qljt core]# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_rmem

409687380 4161536

87380 ：tcp接收缓冲区的默认值

[root@qljt core]# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_wmem

409616384 4161536

16384 ： tcp 发送缓冲区的默认值

2. tcp 或udp收发缓冲区最大值

[root@qljt core]# cat /proc/sys/net/core/rmem_max

131071

131071：tcp 或 udp 接收缓冲区最大可设置值的一半。

也就是说调用 setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &rcv_size, &optlen) 时rcv_size 如果超过 131071，那么

getsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &rcv_size, &optlen)去到的值就等于 131071 * 2 = 262142

[root@qljt core]# cat /proc/sys/net/core/wmem_max

131071

131071：tcp 或 udp 发送缓冲区最大可设置值得一半。

跟上面同一个道理

3. udp收发缓冲区默认值

[root@qljt core]# cat /proc/sys/net/core/rmem_default

111616：udp接收缓冲区的默认值

[root@qljt core]# cat /proc/sys/net/core/wmem_default

111616

111616：udp发送缓冲区的默认值

. tcp 或udp收发缓冲区最小值

tcp 或udp接收缓冲区的最小值为 256 bytes，由内核的宏决定；

tcp 或udp发送缓冲区的最小值为 2048 bytes，由内核的宏决定

setsockopt设置socket状态

1.closesocket（一般不会立即关闭而经历TIME_WAIT的过程）后想继续重用该socket：

BOOL bReuseaddr=TRUE

setsockopt(s,SOL_SOCKET ,SO_REUSEADDR,(const char*)&bReuseaddr,sizeof(BOOL))

2. 如果要已经处于连接状态的soket在调用closesocket后强制关闭，不经历TIME_WAIT的过程：

BOOL bDontLinger = FALSE

setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_DONTLINGER,(const char*)&bDontLinger,sizeof(BOOL))

3.在send(),recv()过程中有时由于网络状况等原因，发收不能预期进行,而设置收发时限：

int nNetTimeout=1000//1秒

//发送时限

setsockopt(socket，SOL_S0CKET,SO_SNDTIMEO，(char *)&nNetTimeout,sizeof(int))

//接收时限

setsockopt(socket，SOL_S0CKET,SO_RCVTIMEO，(char *)&nNetTimeout,sizeof(int))

4.在send()的时候，返回的是实际发送出去的字节(同步)或发送到socket缓冲区的字节(异步)系统默认的状态发送和接收一次为8688字节(约为8.5K)；在实际的过程中发送数据

和接收数据量比较大，可以设置socket缓冲区，而避免了send(),recv()不断的循环收发：

// 接收缓冲区

int nRecvBuf=32*1024//设置为32K

setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_RCVBUF,(const char*)&nRecvBuf,sizeof(int))

//发送缓冲区

int nSendBuf=32*1024//设置为32K

setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_SNDBUF,(const char*)&nSendBuf,sizeof(int))

5. 如果在发送数据的时，希望不经历由系统缓冲区到socket缓冲区的拷贝而影响程序的性能：

int nZero=0

setsockopt(socket，SOL_S0CKET,SO_SNDBUF，(char *)&nZero,sizeof(nZero))

6.同上在recv()完成上述功能(默认情况是将socket缓冲区的内容拷贝到系统缓冲区)：

int nZero=0

setsockopt(socket，SOL_S0CKET,SO_RCVBUF，(char *)&nZero,sizeof(int))

7.一般在发送UDP数据报的时候，希望该socket发送的数据具有广播特性：

BOOL bBroadcast=TRUE

setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_BROADCAST,(const char*)&bBroadcast,sizeof(BOOL))

8.在client连接服务器过程中，如果处于非阻塞模式下的socket在connect()的过程中可以设置connect()延时,直到accpet()被呼叫(本函数设置只有在非阻塞的过程中有显著的

作用，在阻塞的函数调用中作用不大)

BOOL bConditionalAccept=TRUE

setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_CONDITIONAL_ACCEPT,(const char*)&bConditionalAccept,sizeof(BOOL))

9.如果在发送数据的过程中(send()没有完成，还有数据没发送)而调用了closesocket(),以前我们一般采取的措施是"从容关闭"shutdown(s,SD_BOTH),但是数据是肯定丢失了，如何设置让程序满足具体应用的要求(即让没发完的数据发送出去后在关闭socket)？

struct linger {

u_short l_onoff

u_short l_linger

}

linger m_sLinger

m_sLinger.l_onoff=1//(在closesocket()调用,但是还有数据没发送完毕的时候容许逗留)

// 如果m_sLinger.l_onoff=0则功能和2.)作用相同

m_sLinger.l_linger=5//(容许逗留的时间为5秒)

setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_LINGER,(const char*)&m_sLinger,sizeof(linger))

设置套接口的选项。

#include <winsock.h>

int PASCAL FAR setsockopt( SOCKET s, int level, int optname,

const char FAR* optval, int optlen)

s：标识一个套接口的描述字。

level：选项定义的层次；目前仅支持SOL_SOCKET和IPPROTO_TCP层次。

optname：需设置的选项。

optval：指针，指向存放选项值的缓冲区。

optlen：optval缓冲区的长度。

注释：

setsockopt()函数用于任意类型、任意状态套接口的设置选项值。尽管在不同协议层上存在选项，但本函数仅定义了最高的“套接口”层次上的选项。选项影响套接口的 *** 作，诸如加急数据是否在普通数据流中接收，广播数据是否可以从套接口发送等等。

有两种套接口的选项：一种是布尔型选项，允许或禁止一种特性；另一种是整形或结构选项。允许一个布尔型选项，则将optval指向非零整形数；禁止一个选项optval指向一个等于零的整形数。对于布尔型选项，optlen应等于sizeof(int)；对其他选项，optval指向包含所需选项的整形数或结构，而optlen则为整形数或结构的长度。SO_LINGER选项用于控制下述情况的行动：套接口上有排队的待发送数据，且 closesocket()调用已执行。参见closesocket()函数中关于SO_LINGER选项对closesocket()语义的影响。应用程序通过创建一个linger结构来设置相应的 *** 作特性：

struct linger {

int l_onoff

int l_linger

}

为了允许SO_LINGER，应用程序应将l_onoff设为非零，将l_linger设为零或需要的超时值（以秒为单位），然后调用setsockopt()。为了允许SO_DONTLINGER（亦即禁止SO_LINGER），l_onoff应设为零，然后调用setsockopt()。

缺省条件下，一个套接口不能与一个已在使用中的本地地址捆绑（参见bind()）。但有时会需要“重用”地址。因为每一个连接都由本地地址和远端地址的组合唯一确定，所以只要远端地址不同，两个套接口与一个地址捆绑并无大碍。为了通知WINDOWS套接口实现不要因为一个地址已被一个套接口使用就不让它与另一个套接口捆绑，应用程序可在bind()调用前先设置SO_REUSEADDR选项。请注意仅在bind()调用时该选项才被解释；故此无需（但也无害）将一个不会共用地址的套接口设置该选项，或者在bind()对这个或其他套接口无影响情况下设置或清除这一选项。

一个应用程序可以通过打开SO_KEEPALIVE选项，使得WINDOWS套接口实现在TCP连接情况下允许使用“保持活动”包。一个WINDOWS套接口实现并不是必需支持“保持活动”，但是如果支持的话，具体的语义将与实现有关，应遵守RFC1122“Internet主机要求－通讯层”中第 4.2.3.6节的规范。如果有关连接由于“保持活动”而失效，则进行中的任何对该套接口的调用都将以WSAENETRESET错误返回，后续的任何调用将以WSAENOTCONN错误返回。

TCP_NODELAY选项禁止Nagle算法。Nagle算法通过将未确认的数据存入缓冲区直到蓄足一个包一起发送的方法，来减少主机发送的零碎小数据包的数目。但对于某些应用来说，这种算法将降低系统性能。所以TCP_NODELAY可用来将此算法关闭。应用程序编写者只有在确切了解它的效果并确实需要的情况下，才设置TCP_NODELAY选项，因为设置后对网络性能有明显的负面影响。TCP_NODELAY是唯一使用IPPROTO_TCP层的选项，其他所有选项都使用SOL_SOCKET层。

如果设置了SO_DEBUG选项，WINDOWS套接口供应商被鼓励（但不是必需）提供输出相应的调试信息。但产生调试信息的机制以及调试信息的形式已超出本规范的讨论范围。

setsockopt()支持下列选项。其中“类型”表明optval所指数据的类型。

选项类型 意义

SO_BROADCAST BOOL 允许套接口传送广播信息。

SO_DEBUG BOOL 记录调试信息。

SO_DONTLINER BOOL 不要因为数据未发送就阻塞关闭 *** 作。设置本选项相当于将SO_LINGER的l_onoff元素置为零。

SO_DONTROUTE BOOL 禁止选径；直接传送。

SO_KEEPALIVE BOOL 发送“保持活动”包。

SO_LINGER struct linger FAR* 如关闭时有未发送数据，则逗留。

SO_OOBINLINE BOOL 在常规数据流中接收带外数据。

SO_RCVBUF int 为接收确定缓冲区大小。

SO_REUSEADDR BOOL 允许套接口和一个已在使用中的地址捆绑（参见bind()）。

SO_SNDBUF int 指定发送缓冲区大小。

TCP_NODELAY BOOL 禁止发送合并的Nagle算法。

setsockopt()不支持的BSD选项有：

选项名类型 意义

SO_ACCEPTCONN BOOL 套接口在监听。

SO_ERROR int 获取错误状态并清除。

SO_RCVLOWAT int 接收低级水印。

SO_RCVTIMEO int 接收超时。

SO_SNDLOWAT int 发送低级水印。

SO_SNDTIMEO int 发送超时。

SO_TYPE int 套接口类型。

IP_OPTIONS在IP头中设置选项。

返回值：

若无错误发生，setsockopt()返回0。否则的话，返回SOCKET_ERROR错误，应用程序可通过WSAGetLastError()获取相应错误代码。

错误代码：

WSANOTINITIALISED：在使用此API之前应首先成功地调用WSAStartup()。

WSAENETDOWN：WINDOWS套接口实现检测到网络子系统失效。

WSAEFAULT：optval不是进程地址空间中的一个有效部分。

WSAEINPROGRESS：一个阻塞的WINDOWS套接口调用正在运行中。

WSAEINVAL：level值非法，或optval中的信息非法。

WSAENETRESET：当SO_KEEPALIVE设置后连接超时。

WSAENOPROTOOPT：未知或不支持选项。其中，SOCK_STREAM类型的套接口不支持SO_BROADCAST选项，SOCK_DGRAM 类型的套接口不支持SO_DONTLINGER 、SO_KEEPALIVE、SO_LINGER和SO_OOBINLINE选项。

WSAENOTCONN：当设置SO_KEEPALIVE后连接被复位。

WSAENOTSOCK：描述字不是一个套接口。

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