mmap 失败并返回 -EPERM 错误问题

10 Jul 2017Philip Ye

问题现象

在我们的应用系统初始化过程中，用户态程序会读取 /proc/task_info 第一个字段的值作为物理地址传入 mmap 对 /dev/mem 做内存映射。/proc/task_info 的内容如下：

$ cat /proc/task_info
0x81b0000 0xd555555555555555 0x5

也就是将 0x81b0000 （每次运行值可能不同）作为物理地址传入 mmap，此时返回 errno 为 -1，表示无权限：

#define    EPERM        1  /* Operation not permitted */

源码分析

内存设备节点 /dev/mem 作为可随机读写的字符设备，在内核源码的 drivers/char/mem.c 中初始化（/dev/kmem, /dev/null, /dev/zero, /dev/random, /dev/urandom 等设备节点也都在这个文件中定义），对 /dev/mem 的 mmap 操作定义为 mmap_mem()。在 mmap_mem() 中返回 -EPERM 的代码片段如下：

if (!range_is_allowed(vma->vm_pgoff, size))
    return -EPERM;

当定义了 CONFIG_STRICT_DEVMEM 时，在 range_is_allowed() 中会逐页调用 devmem_is_allowed() 检查是否可访问：

static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
{
    u64 from = ((u64)pfn) << PAGE_SHIFT;
    u64 to = from + size;
    u64 cursor = from;
    while (cursor < to) {
        if (!devmem_is_allowed(pfn)) {
            printk(KERN_INFO
                "Program %s tried to access /dev/mem between %Lx->%Lx.\n",
                current->comm, from, to);
            return 0;
        }
        cursor += PAGE_SIZE;
        pfn++;
    }
    return 1;
}

devmem_is_allowed() 由各个体系结构实现，以 PowerPC 为例，在 arch/powerpc/mm/mem.c 中，同样也是定义了 CONFIG_STRICT_DEVMEM 才有实现：

int devmem_is_allowed(unsigned long pfn)
{
    if (iomem_is_exclusive(pfn << PAGE_SHIFT))
        return 0;
    if (!page_is_ram(pfn))
        return 1;
    if (page_is_rtas_user_buf(pfn))
        return 1;
    return 0;
}

devmem_is_allowed() 返回 1 表示允许访问，0 表示不允许访问。其中第一个 if 语句调用的 iomem_is_exclusive() 是用于判断 PCI 的内存空间（PCI mem）是否互斥访问的。由于我们访问的是内核生成的 /proc/task_info，与 PCI 无关，因此 mmap 失败是在 devmem_is_allowed() 最后的 return 0 返回了不允许访问。

解决方法

方法一：修改 devmem_is_allowed() 函数

在 devmem_is_allowed() 函数中，当访问的是 /proc/task_info 对应的页号时，返回 1 表示允许访问。

这种方法实现复杂，需要在生成 /proc/task_info 时保存其对应的页号（在 fs/proc/taskinfo.c 文件的 task_info_init() 函数中分配的页号）；同时这个方法污染了内核代码，不具有通用性。

方法二：关闭 CONFIG_STRICT_DEVMEM 配置

从前面的说明中可以看出，几个检查函数都是在定义了 CONFIG_STRICT_DEVMEM 才生效的，因此最简单的方法，就是将内核配置中 CONFIG_STRICT_DEVMEM 选项关闭并重新编译内核，这也是我们的应用系统所采用的方法。

以上。

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