KASAN 技术介绍

Linux KASAN ( ) 是一个内存错误检测工具，旨在检测内核中的内存错误，如越界访问和使用已释放内存。它借鉴了用户空间的 （ASan）项目，并对内核进行了优化和适配。

技术背景

KASAN 使用影子内存 ( ) 技术来检测内存错误。影子内存是一块额外的内存区域，每个字节对应实际内存中的若干字节。KASAN 通过在影子内存中标记内存区域的状态（有效、无效等），实现对内存操作的监控。

KASAN 主要有以下几个组件：

影子内存：用来记录每个字节的访问状态。内核补丁：在编译内核时插入内存访问检查代码。报告机制：在检测到内存错误时输出详细的错误报告，包括堆栈信息、错误类型和相关内存地址。 支持的架构

KASAN 支持多种架构，包括但不限于：

不同架构的支持可能在具体的内核版本中有所不同，建议查阅相关架构的文档以获取详细信息。

支持的内核版本

KASAN 最早在 Linux 内核 4.0 中引入，之后不断改进和增强。大多数主流内核版本（4.x 和 5.x 系列）都支持 KASAN 功能。

常见用法 启用 KASAN

在编译内核时，可以通过以下步骤启用 KASAN：

配置内核：

使用 make 或 make 配置内核，选择以下选项：

Kernel hacking  --->
  Memory Debugging  --->
    [*] KASAN: runtime memory debugger
    [*]   KASAN: inline instrumentation (EXPERIMENTAL)

编译内核：

make -j$(nproc)
make modules_install
make install

启动参数：

在启动内核时，需要添加启动参数以启用 KASAN：

kasan=1

运行内核

启用 KASAN 的内核在检测到内存错误时，会输出类似以下的错误报告：

==================================================================
BUG: KASAN: use-after-free in example_function+0x10/0x20
Read of size 4 at addr ffff8800b204b000 by task swapper/0/0
...

报告中包含详细的错误类型、内存地址和调用堆栈信息，便于开发者调试和修复内存错误。

高级用法 结合其他工具使用 KASAN + KUnit：将 KASAN 与内核单元测试框架 (KUnit) 结合使用，可以自动化测试内存错误。KASAN + ： 是一种用于发现内核漏洞的模糊测试工具，与 KASAN 结合可以有效检测内核中的内存错误。 调整 KASAN 参数

KASAN 提供了一些启动参数用于调整其行为：

内核配置选项

可以通过调整内核配置选项优化 KASAN 的性能和检测能力：

通过合理配置和使用 KASAN，可以有效检测并修复内核中的内存错误，提高内核的稳定性和安全性。

ARM64 上的 KASAN 支持

KASAN 对 ARM64 提供了完善的支持，能够检测内核中的各种内存错误。ARM64 的支持自 Linux 内核 4.9 版本开始引入，并在后续版本中不断改进和优化。

启用 KASAN

在 ARM64 架构上启用 KASAN 的步骤如下：

配置内核：

通过 make 或 make 配置内核，选择以下选项：

Kernel hacking  --->
  Memory Debugging  --->
    [*] KASAN: runtime memory debugger
    [*]   KASAN: inline instrumentation (EXPERIMENTAL)

编译内核：

make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- -j$(nproc)
make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- modules_install
make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- install

启动参数：

在启动内核时，需要添加启动参数以启用 KASAN：

kasan=1

KASAN 高级用法 调整 KASAN 参数

为了更好地利用 KASAN，可以根据需求调整启动参数：

KASAN 模式选择

可以在内联模式（ Mode）和轮询模式（ Mode）之间进行选择。内联模式会在编译时将检查代码插入内存访问代码中，检测更精细但会影响性能；轮询模式则在运行时进行检查，对性能影响较小。

配置示例如下：

Kernel hacking  --->
  Memory Debugging  --->
    [*] KASAN: runtime memory debugger
    [ ]   KASAN: inline instrumentation (EXPERIMENTAL)

性能优化

在启用 KASAN 后，内核的性能可能会受到一定影响。可以通过以下方法进行优化：

常见问题

内存消耗：

KASAN 使用影子内存来记录内存访问状态，因此会增加内存消耗。影子内存通常占用物理内存的 1/8。

性能影响：

启用 KASAN 后，内核性能可能会有所下降。可以通过调整模式和参数来减小性能影响。

错误报告：

KASAN 的错误报告包含详细的堆栈信息，有助于开发者定位和修复内存错误。

总之，KASAN 是一个强大的内核内存错误检测工具，虽然它在 ARM64 上支持完善，但在使用时需要注意性能和内存消耗问题。希望这些信息对你有所帮助。如果有更多具体问题，欢迎进一步讨论。