Debugging macOS Kernel For Fun

2019-04-04 约 8878 字 预计阅读 18 分钟

声明:本文 【Debugging macOS Kernel For Fun】 由作者 mss**** 于 2019-01-12 09:00:00 首发 先知社区 曾经 浏览数 1792 次

感谢 mss**** 的辛苦付出!

原文:https://geosn0w.github.io/Debugging-macOS-Kernel-For-Fun/

内核调试是一件非常有趣的事情,但是,这件事情却并不简单——尤其是对于Apple来说。当然,网络上面已经有许多这方面的文章了,然而,随着时间的推移,许多内容已经过时了。因此,这篇文章中,我尽最大努力提供2019年最准确的信息、正确的命令以及正确的引导参数,当然,所有这些,我们都将会以实例的方式进行说明。

在MacOS上开始内核调试


首先,我们要搭建一个实验环境。为此,我们需要有一个要调试其内核的设备(在本文中,以iMac 2011作为调试对象),以及一个要在其上进行调试的设备(在本文中,为MacBook Pro 2009)。当然,我们可以用本文中介绍的各种方式将两者连接起来,但对我来说,最合适的方法(也是最可靠的方法),似乎是通过两者之间的Firewire电缆进行连接(这是因为我的两台计算机都有Firewire端口)。

硬件配置好之后,我们需要准备一些软件。从理论上说,我们可以调试RELEASE版内核,但是对于初学者时,调试Development版的内核要更合适一些。默认情况下,MacOS都提供了一个RELEASE版的fused内核,它位于/system/library/kernels/kernel中,其中kernel是一个Mach-O 64-bit executable x86_64文件。我们可以访问Apple Developer页面,并下载内核调试工具包,这样就可以获得MacOS版本的Development内核了。

实际上,只要导航至 Apple Developer Portal Downloads ,将看到如下所示的内容:

需要注意的是,我们需要根据自己的MacOS版本来下载相应的内核调试工具包!之后,我们就可以引导下载的内核了,如果内核与我们的MacOS版本不匹配的话,将无法正常引导!大家一定要小心行事。

查找适合自己MacOS版本的内核调试工具包


为了找到正确的内核调试工具包,您必须知道您的MacOS版本和实际构建编号(actual build number)。要想了解当前所用的MacOS版本,只需转至Apple logo处,单击“About This Mac”,就能从窗口中看到相应的版本(例如,我的系统为“Version 10.13.6”)。

为了获取实际构建编号,既可以单击“About This Mac”窗口中的“Version”标签,也可以运行终端命令sw_vers | grep BuildVersion。对于我的系统来说,运行命令后,输出结果为buildversion:17g65

Last login: Sun Dec  2 03:58:16 on ttys000
Isabella:~ geosn0w$ sw_vers | grep BuildVersion
BuildVersion:    17G65
Isabella:~ geosn0w$

因此,就我来说,运行的是MacOS High Sierra(10.13.6) build number 17G65。这样,就可以根据自己的系统版本下载合适的、包含安装文件的.DMG文件了。

准备调试对象以供调试器调试


将调试工具包下载到调试对象(即要调试其内核的计算机)后,双击DMG文件即可挂载该DMG文件。在DMG中,您可以看到一个名为kerneldebugkit.pkg的文件。双击该文件,然后按照安装向导进行操作即可。这个过程中,它会要求输入MacOS登录密码。需要注意的是,请不要将安装程序放入垃圾箱,因为以后还会用到的。

当安装完成时,它将如下所示。

安装完成后,请导航到/library/developer/kdks。在那里,有一个名为kdk_your_version_buildnumber.kdk的文件夹。对于我来说,该文件夹名为kdk_10.13.6_17g65.kdk。然后,打开该文件夹,其中会看到一个名为“System”的文件夹。切换至该文件夹,然后导航到“Library”,进而导航到“Kernels”。在该文件夹中,可以看到内核的二进制文件、XCode调试符号文件(.dSYM),等等。其中,名为kernel.development的文件就是我们的兴趣之所在。

然后,请将kernel.development复制粘贴到/system/library/kernels/下面,跟RELEASE内核二进制文件放在一起。完成上述操作后后,MacOS上就有了两个内核,一个是RELEASE版,一个是DEVELOPMENT版。

在调试对象上禁用SIP


为了正确调试,需要在要调试其内核的计算机上禁用SIP(系统完整性保护)。为此,重新启动计算机并进入恢复模式。为此,请重新启动计算机,当听到“boong!”的声音,或屏幕打开时,按CMD+R组合键,等待几秒钟,并可以进入Recovery Mode用户界面,然后,从顶部栏打开“Terminal”。

在Recovery Terminal中,运行csrutil disable命令。然后重新启动计算机,并使其正常启动。

自2018/2019年起设置NVRAM boot-args的正确方法


这些年来,苹果已经改变了其boot-args,所以,我们在互联网上找到的相关内容可能有用,也可能没用,这主要取决于文章的发表的时间。截至2018年,以下boot-args在MacOS High Sierra上面测试通过。

注意!以下boot-args假设通过Firewire,或通过基于Thunderbolt适配器的Firewire来执行该操作的。

如果您通过物理FireWire端口(较旧的Mac机器)使用FireWire电缆的话:

在Terminal中运行以下命令:

sudo nvram boot-args="debug=0x8146 kdp_match_name=firewire fwdebug=0x40 pmuflags=1 -v"

如果您通过ThunderBolt适配器使用FireWire:

在Terminal中运行以下命令:

sudo nvram boot-args="debug=0x8146 kdp_match_name=firewire fwkdp=0x8000 fwdebug=0x40 pmuflags=1 -v"

区别在于fwkdp=0x8000,起作用是让ioFireWireFamily.kext::applefwohci_kdp使用非内置FireWire<->Thunderbolt适配器进行调试会话。

差不多就是这样了,调试对象在重新启动之后就可以调试了,下面,让我来解释一下启动参数的作用。

  • debug=0x8146 ->启用调试,并允许我们按下电源按钮来触发NMI(表示不可屏蔽中断),以允许调试器连接。
  • kdp_match_name=firewire ->这允许我们通过Firewire进行调试。
  • fwkdp=0x8000 ->如前所述,这告诉KEXT使用Thunderbolt至FireWire适配器。如果使用普通FireWire端口,则不要设置该参数。
  • fwdebug=0x40 ->启用applefwohci_kdp驱动程序的详细输出,这对于故障排除非常有用。
  • pmuflags=1 ->该选项禁用看门狗定时器。
  • -v -> 这一选项告诉计算机启动冗长,而不是正常的苹果标志和进度条,这对于排除故障非常有用。

除了我们设置的这些引导参数之外,MacOS还支持在/osfmk/kern/debug.h中定义的其他参数,我将在下面列出这些参数。这些截图来自XNU-4570.41.2。

...
/* Debug boot-args */
#define DB_HALT        0x1
//#define DB_PRT          0x2 -- obsolete
#define DB_NMI        0x4
#define DB_KPRT        0x8
#define DB_KDB        0x10
#define DB_ARP          0x40
#define DB_KDP_BP_DIS   0x80
//#define DB_LOG_PI_SCRN  0x100 -- obsolete
#define DB_KDP_GETC_ENA 0x200

#define DB_KERN_DUMP_ON_PANIC        0x400 /* Trigger core dump on panic*/
#define DB_KERN_DUMP_ON_NMI        0x800 /* Trigger core dump on NMI */
#define DB_DBG_POST_CORE        0x1000 /*Wait in debugger after NMI core */
#define DB_PANICLOG_DUMP        0x2000 /* Send paniclog on panic,not core*/
#define DB_REBOOT_POST_CORE        0x4000 /* Attempt to reboot after
                        * post-panic crashdump/paniclog
                        * dump.
                        */
#define DB_NMI_BTN_ENA      0x8000  /* Enable button to directly trigger NMI */
#define DB_PRT_KDEBUG       0x10000 /* kprintf KDEBUG traces */
#define DB_DISABLE_LOCAL_CORE   0x20000 /* ignore local kernel core dump support */
#define DB_DISABLE_GZIP_CORE    0x40000 /* don't gzip kernel core dumps */
#define DB_DISABLE_CROSS_PANIC  0x80000 /* x86 only - don't trigger cross panics. Only
                                         * necessary to enable x86 kernel debugging on
                                         * configs with a dev-fused co-processor running
                                         * release bridgeOS.
                                         */
#define DB_REBOOT_ALWAYS        0x100000 /* Don't wait for debugger connection */
...

准备调试器计算机


好了,现在调试对象已经准备好了,我们需要配置运行调试器的计算机。为此,我将使用另一台运行El Capitan的MacOS机器,但这无关紧要。还记得我们在调试对象上安装的内核调试工具包吗?我们也需要将它安装到调试器计算机上。不同之处在于,我们不会鼓捣其内核,也不会在调试器计算机上设置任何引导参数。我们需要内核正常工作,毕竟还得使用LLDB来执行调试。如果您熟悉GDB的话,那么事情就好办多了。下面给出一个gdb->lldb命令对照表

注意:您应该在调试器所在机器上安装相同的MacOS内核调试工具包,即使该机器的MacOS版本不同于调试对象的macOS版本,这是因为,我们不会在调试器上启动任何内核。

安装工具包后,就可以连接了。

调试内核


首先,请重新启动调试对象。您将看到它引导进入一个文本模式控制台,该控制台会输出详细的引导信息。等到屏幕上显示“DSMOS has arrived!”消息后,需要按一次电源按钮,但是,不要按住不动。在调试对象上,您将看到它正在等待连接调试器完成。

在调试器计算机上:


打开终端窗口,并启动fwkdp-v,这是FireWire KDP Tool,它将侦听FireWire接口并将数据重定向到本地主机,以便我们可以将KDP目标设置为localhost或127.0.0.1地址。这时,我们应该得到类似下面的输出:

MacBook-Pro-van-Mac:~ mac$ fwkdp -v
FireWire KDP Tool (v1.6)
Matched on device 0x00002403
Created plugin interface 0x7f9e50c03548 with result 0x00000000
Created device interface 0x7f9e50c0d508 with result 0x00000000
Opened device interface 0x7f9e50c0d508 with result 0x00000000
Added callback dispatcher with result 0x00000000
Created pseudo address space 0x7f9e50c0d778 at 0xf0430000
Address space enabled.
2018-12-02 05:51:05.453 fwkdp[5663:60796] CFSocketSetAddress listen failure: 102
Created KDP socket listener 0x7f9e50c0d940 with result 0
KDP Proxy and CoreDump-Receive dual mode active.
Use 'localhost' as the KDP target in gdb.
Ready.

现在,在不关闭该窗口的情况下,打开另一个终端窗口,并通过将kernel.development文件作为内核调试工具包的一部分传递给它,以启动LLDB调试器。请记住,内核文件可以从/library/developer/kdks/中找到。在这个目录中,有一个名为kdk_your_version_buildnumber.kdk的文件夹。就我而言,该文件夹名为kdk_10.13.6_17g65.kdk。所以,我需要的完整内核路径是/library/developer/kdks/kdk_10.13.6_17g65.kdk/system/library/kernels/ kernel.development

因此,就我来说,需要在新终端窗口中执行的命令是xcrun lldb/library/developer/kdks/kdk_10.13.6_17g65.kdk/system/library/kernels/ kernel.development

Last login: Sun Dec  2 10:37:51 on ttys000
MacBook-Pro-van-Mac:~ mac$ xcrun lldb /Library/Developer/KDKs/KDK_10.13.6_17G65.kdk/System/Library/Kernels/kernel.development
(lldb) target create "/Library/Developer/KDKs/KDK_10.13.6_17G65.kdk/System/Library/Kernels/kernel.development"
warning: 'kernel' contains a debug script. To run this script in this debug session:
command script import "/Library/Developer/KDKs/KDK_10.13.6_17G65.kdk/System/Library/Kernels/kernel.development.dSYM/Contents/Resources/DWARF/../Python/kernel.py"


To run all discovered debug scripts in this session:

    settings set target.load-script-from-symbol-file true

Current executable set to '/Library/Developer/KDKs/KDK_10.13.6_17G65.kdk/System/Library/Kernels/kernel.development' (x86_64).

正如您所看到的,LLDB指出“kernel”中含有一个调试脚本。在当前打开的LLDB窗口中,执行settings set target.load-script-from-symbol-file true命令,以运行该脚本。

Last login: Sun Dec  2 10:37:51 on ttys000
MacBook-Pro-van-Mac:~ mac$ xcrun lldb /Library/Developer/KDKs/KDK_10.13.6_17G65.kdk/System/Library/Kernels/kernel.development
(lldb) target create "/Library/Developer/KDKs/KDK_10.13.6_17G65.kdk/System/Library/Kernels/kernel.development"
warning: 'kernel' contains a debug script. To run this script in this debug session:
command script import "/Library/Developer/KDKs/KDK_10.13.6_17G65.kdk/System/Library/Kernels/kernel.development.dSYM/Contents/Resources/DWARF/../Python/kernel.py"

To run all discovered debug scripts in this session:

    settings set target.load-script-from-symbol-file true

Current executable set to '/Library/Developer/KDKs/KDK_10.13.6_17G65.kdk/System/Library/Kernels/kernel.development' (x86_64).
(lldb) settings set target.load-script-from-symbol-file true

Loading kernel debugging from /Library/Developer/KDKs/KDK_10.13.6_17G65.kdk/System/Library/Kernels/kernel.development.dSYM/Contents/Resources/DWARF/../Python/kernel.py
LLDB version lldb-360.1.70
settings set target.process.python-os-plugin-path "/Library/Developer/KDKs/KDK_10.13.6_17G65.kdk/System/Library/Kernels/kernel.development.dSYM/Contents/Resources/DWARF/../Python/lldbmacros/core/operating_system.py"
settings set target.trap-handler-names hndl_allintrs hndl_alltraps trap_from_kernel hndl_double_fault hndl_machine_check _fleh_prefabt _ExceptionVectorsBase _ExceptionVectorsTable _fleh_undef _fleh_dataabt _fleh_irq _fleh_decirq _fleh_fiq_generic _fleh_dec
command script import "/Library/Developer/KDKs/KDK_10.13.6_17G65.kdk/System/Library/Kernels/kernel.development.dSYM/Contents/Resources/DWARF/../Python/lldbmacros/xnu.py"
xnu debug macros loaded successfully. Run showlldbtypesummaries to enable type summaries.

settings set target.process.optimization-warnings false
(lldb)

现在,我们终于可以通过kdp-remote localhost命令将LLDB连接到实时内核了。如果一切顺利的话,连接内核成功后,将看到如下所示的输出。刚开始的时候,LLDB窗口会冒出大量的文本,然后,它会停下来。

(lldb) kdp-remote localhost
Version: Darwin Kernel Version 17.7.0: Wed Oct 10 23:06:14 PDT 2018; root:xnu-4570.71.13~1/DEVELOPMENT_X86_64; UUID=1718D865-98B4-3F6E-97CF-42BF0D02ADD7; stext=0xffffff802e800000
Kernel UUID: 1718D865-98B4-3F6E-97CF-42BF0D02ADD7
Load Address: 0xffffff802e800000
Kernel slid 0x2e600000 in memory.
Loaded kernel file /Library/Developer/KDKs/KDK_10.13.6_17G3025.kdk/System/Library/Kernels/kernel.development
Loading 152 kext modules warning: Can't find binary/dSYM for com.apple.kec.Libm (BC3F7DA4-03EA-30F7-B44A-62C249D51C10)
.warning: Can't find binary/dSYM for com.apple.kec.corecrypto (B081B8C1-1DFF-342F-8DF2-C3AA925ECA3A)
.warning: Can't find binary/dSYM for com.apple.kec.pthread (E64F7A49-CBF0-3251-9F02-3655E3B3DD31)
.warning: Can't find binary/dSYM for com.apple.iokit.IOACPIFamily (95DA39BB-7C39-3742-A2E5-86C555E21D67)
[...]
.Target arch: x86_64
.. done.
Target arch: x86_64
Instantiating threads completely from saved state in memory.
Process 1 stopped
* thread #2: tid = 0x0066, 0xffffff802e97a8d3 kernel.development`DebuggerWithContext [inlined] current_cpu_datap at cpu_data.h:401, name = '0xffffff80486a2338', queue = '0x0', stop reason = signal SIGSTOP
    frame #0: 0xffffff802e97a8d3 kernel.development`DebuggerWithContext [inlined] current_cpu_datap at cpu_data.h:401 [opt]

现在我们已经连接到了实时内核。您可以看到,该进程已终止,这意味着内核已冻结,这就是上面看到停止涌出文本的原因,但现在调试器已附加好了,所以,我们就可以让引导过程安全地继续进行,以进入正常的MacOS桌面。为此,我们只需为该进程进行解冻:键入“C”键使其继续,然后按Enter键,直到启动过程继续进行(这时,调试对象屏幕上会显示更多文本)为止。

(lldb) c
Process 1 resuming
Process 1 stopped
* thread #2: tid = 0x0066, 0xffffff802e97a8d3 kernel.development`DebuggerWithContext [inlined] current_cpu_datap at cpu_data.h:401, name = '0xffffff80486a2338', queue = '0x0', stop reason = EXC_BREAKPOINT (code=3, subcode=0x0)
    frame #0: 0xffffff802e97a8d3 kernel.development`DebuggerWithContext [inlined] current_cpu_datap at cpu_data.h:401 [opt]
(lldb) c

一旦调试器所在系统引导进入MacOS,我们就会进入桌面,这时我们就可以开始我们的调试了。若要运行调试器命令,我们必须再次触发NMI,为此,需按一次电源按钮。之后,调试对象屏幕将冻结,但调试器机器的LLDB屏幕将处于活动状态,这样,我们可以就可以对实时内核执行读/写寄存器、读/写内存、反汇编函数等操作了。为了重新解冻,需要再次键入“C”,然后,在LLDB屏幕上按住Enter键即可。

内核调试实例


示例1:使用LLDB读取所有寄存器的值,并将“AAAAAAA”写入其中一个寄存器中。


要读取所有寄存器,需按下电源按钮以触发NMI,并在打开的LLDB窗口中键入register read --all命令。

(lldb) register read --all
General Purpose Registers:
      rax = 0xffffff802f40ba40  kernel.development`processor_master
      rbx = 0x0000000000000000
      rcx = 0xffffff802f40ba40  kernel.development`processor_master
      rdx = 0x0000000000000000
      rdi = 0x0000000000000004
      rsi = 0xffffff7fb1483ff4
      rbp = 0xffffff817e8ccd50
      rsp = 0xffffff817e8ccd10
       r8 = 0x0000000000000000
       r9 = 0x0000000000000001
      r10 = 0x00000000000004d1
      r11 = 0x00000000000004d0
      r12 = 0x0000000000000000
      r13 = 0x0000000000000000
      r14 = 0x0000000000000000
      r15 = 0xffffff7fb1483ff4
      rip = 0xffffff802e97a8d3  kernel.development`DebuggerWithContext + 403 [inlined] current_cpu_datap at cpu.c:220
 kernel.development`DebuggerWithContext + 403 [inlined] current_processor at debug.c:463
 kernel.development`DebuggerWithContext + 403 [inlined] DebuggerTrapWithState + 46 at debug.c:537
 kernel.development`DebuggerWithContext + 357 at debug.c:537
   rflags = 0x0000000000000046
       cs = 0x0000000000000008
       fs = 0x0000000000000000
       gs = 0x0000000000000000

Floating Point Registers:
      fcw = 0x0000
      fsw = 0x0000
      ftw = 0x00
      fop = 0x0000
       ip = 0x00000000
       cs = 0x0000
       dp = 0x00000000
       ds = 0x0000
    mxcsr = 0x00000000
 mxcsrmask = 0x00000000
    stmm0 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    stmm1 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    stmm2 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    stmm3 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    stmm4 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    stmm5 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    stmm6 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    stmm7 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
     xmm0 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
     xmm1 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
     xmm2 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
     xmm3 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
     xmm4 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
     xmm5 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
     xmm6 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
     xmm7 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
     xmm8 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
     xmm9 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    xmm10 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    xmm11 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    xmm12 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    xmm13 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    xmm14 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    xmm15 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}

Exception State Registers:
3 registers were unavailable.
(lldb)

现在,让我们对其中一个寄存器执行写操作。注意,不要向其值为0x000000000000000000的寄存器中写入内容,因为这会覆盖某些有用的内容。所以,我们需要找一个空的寄存器来练手。在我的机器上面,R13寄存器为空(R13=0x0000000000000000000000),因此,我可以向其中写入某些内容。为了将AAAS字符串写入寄存器,我可以将其值替换为0x414141414141414141,其中0x41是ASCII字符“A”的十六进制形式。要想覆盖寄存器,可以使用命令register write r13 0x4141414141414141。现在,如果我们再次读取寄存器的内容,就会发现其中的变化情况:

(lldb) register write R13 0x4141414141414141
(lldb) register read --all
General Purpose Registers:
      rax = 0xffffff802f40ba40  kernel.development`processor_master
      rbx = 0x0000000000000000
      rcx = 0xffffff802f40ba40  kernel.development`processor_master
      rdx = 0x0000000000000000
      rdi = 0x0000000000000004
      rsi = 0xffffff7fb1483ff4
      rbp = 0xffffff817e8ccd50
      rsp = 0xffffff817e8ccd10
       r8 = 0x0000000000000000
       r9 = 0x0000000000000001
      r10 = 0x00000000000004d1
      r11 = 0x00000000000004d0
      r12 = 0x0000000000000000
      r13 = 0x4141414141414141 <-- Yee overwritten this.
      r14 = 0x0000000000000000
      r15 = 0xffffff7fb1483ff4
      rip = 0xffffff802e97a8d3  kernel.development`DebuggerWithContext + 403 [inlined] current_cpu_datap at cpu.c:220
 kernel.development`DebuggerWithContext + 403 [inlined] current_processor at debug.c:463
 kernel.development`DebuggerWithContext + 403 [inlined] DebuggerTrapWithState + 46 at debug.c:537
 kernel.development`DebuggerWithContext + 357 at debug.c:537
   rflags = 0x0000000000000046
       cs = 0x0000000000000008
       fs = 0x0000000000000000
       gs = 0x0000000000000000

Floating Point Registers:
      fcw = 0x0000
      fsw = 0x0000
      ftw = 0x00
      fop = 0x0000
       ip = 0x00000000
       cs = 0x0000
       dp = 0x00000000
       ds = 0x0000
    mxcsr = 0x00000000
 mxcsrmask = 0x00000000
    stmm0 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    stmm1 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    stmm2 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    stmm3 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    stmm4 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    stmm5 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    stmm6 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    stmm7 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
     xmm0 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
     xmm1 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
     xmm2 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
     xmm3 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
     xmm4 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
     xmm5 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
     xmm6 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
     xmm7 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
     xmm8 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
     xmm9 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    xmm10 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    xmm11 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    xmm12 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    xmm13 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    xmm14 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}
    xmm15 = {0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00}

Exception State Registers:
3 registers were unavailable.

(lldb)

注意:当我们想要读取单个寄存器时,不必运行register read --all命令,相反,我们可以用 register read [register]形式的命令来指定寄存器,例如register read r13。

示例2:通过运行uname -a来修改内核的版本和名称


下面,我们将对内核进行一些真正的内存读写操作。大家可能知道,通过在终端中输入命令uname -a可以显示内核的名称、版本和构建日期。那么,我们是否可以按需修改这些内容呢?

首先,我们不知道内核将这些信息存储在哪里,所以,我们需要找到这些地址信息。为此,我们可以借助反汇编程序,如IDA Pro、Hopper Disassembler、JTool、Binary Ninja等等。

在本例中,我将使用IDA Pro来完成这项任务。为此,需要首先将kernel.development文件加载到IDA Pro中,以便让IDA完成相应的分析工作。当然,这个分析过程可能需要一段时间,所以,还需要大家请耐心等待。毕竟,内核的块头可不小。当IDA完成分析工作后,将输出类似下面的内容。当IDA在左下角显示“AU: idle”时,表明分析工作已经完成了。

现在,我们必须找到该字符串。在终端执行uname -a命令时,我们看到内核名为darwin,因此,为了在IDA中找到它,需选择顶部的bar->view->open subviews->strings选项。这时,将出现一个新的Strings窗口,在该窗口中按Ctrl+F组合键,搜索框将出现在窗口的底部,这样就可以从中搜索Darwin了。

双击找到的字符串,将会将我们重定向到一个名为version的常量那里。现在,我们就能找到版本号了。这个常量叫做“version”,这就是我们要寻找的目标。也许您喜欢从IDA反汇编代码中复制常量的地址,但这种做法时不正确的!因为内核使用KASLR或内核地址空间布局随机化保护机制,因此,实际地址将有所不同。实际上,我们根本不需要知道地址,因为可以在调试器计算机上使用LLDB轻松地得到它。

获取“version”常量的地址


其实,事情很简单:按下电源按钮以触发NMI(如果您已经让该进行继续运行的话),并键入print &(version)命令即可。

(lldb) print &(version)
(const char (*)[101]) $8 = 0xffffff802f0f68f0
(lldb)

AHAM!就本例来说,const char version位于地址0xffffff802f0f68f0处。所以,如果我们显示该处的字符数组的话,将会看到:

(lldb) print version
(const char [101]) $9 = {
  [0] = 'D'
  [1] = 'a'
  [2] = 'r'
  [3] = 'w'
  [4] = 'i'
  [5] = 'n'
  [6] = ' '
  [7] = 'K'
  [8] = 'e'
  [9] = 'r'
  [10] = 'n'
  [11] = 'e'
  [12] = 'l'
  [13] = ' '
  [14] = 'V'
  [15] = 'e'
  [16] = 'r'
  [17] = 's'
  [18] = 'i'
  [19] = 'o'
  [20] = 'n'
  [21] = ' '
  [22] = '1'
  [23] = '7'
  [24] = '.'
  [25] = '7'
  [26] = '.'
  [27] = '0'
  [28] = ':'
  [29] = ' '
  [30] = 'W'
  [31] = 'e'
  [32] = 'd'
  [33] = ' '
  [34] = 'O'
  [35] = 'c'
  [36] = 't'
  [37] = ' '
  [38] = '1'
  [39] = '0'
  [40] = ' '
  [41] = '2'
  [42] = '3'
  [43] = ':'
  [44] = '0'
  [45] = '6'
  [46] = ':'
  [47] = '1'
  [48] = '4'
  [49] = ' '
  [50] = 'P'
  [51] = 'D'
  [52] = 'T'
  [53] = ' '
  [54] = '2'
  [55] = '0'
  [56] = '1'
  [57] = '8'
  [58] = ';'
  [59] = ' '
  [60] = 'r'
  [61] = 'o'
  [62] = 'o'
  [63] = 't'
  [64] = ':'
  [65] = 'x'
  [66] = 'n'
  [67] = 'u'
  [68] = '-'
  [69] = '4'
  [70] = '5'
  [71] = '7'
  [72] = '0'
  [73] = '.'
  [74] = '7'
  [75] = '1'
  [76] = '.'
  [77] = '1'
  [78] = '3'
  [79] = '~'
  [80] = '1'
  [81] = '/'
  [82] = 'D'
  [83] = 'E'
  [84] = 'V'
  [85] = 'E'
  [86] = 'L'
  [87] = 'O'
  [88] = 'P'
  [89] = 'M'
  [90] = 'E'
  [91] = 'N'
  [92] = 'T'
  [93] = '_'
  [94] = 'X'
  [95] = '8'
  [96] = '6'
  [97] = '_'
  [98] = '6'
  [99] = '4'
  [100] = '\0'
}
(lldb)

实际上,借助于x <address>命令,我们可以将该内存地址处的内容转储出来。那好,让我们开始下手吧。

(lldb) x 0xffffff802f0f68f0
0xffffff802f0f68f0: 44 61 72 77 69 6e 20 4b 65 72 6e 65 6c 20 56 65  Darwin Kernel Ve
0xffffff802f0f6900: 72 73 69 6f 6e 20 31 37 2e 37 2e 30 3a 20 57 65  rsion 17.7.0: We
(lldb)

看起来,这些内容延续至地址0xffffff802f0f6900处,所以,我们继续进行转储:

(lldb) x 0xffffff802f0f6900
0xffffff802f0f6900: 65 72 73 69 6f 6e 20 36 39 2e 30 30 20 57 65 65  rsion 17.7.0: We
0xffffff802f0f6910: 64 20 4f 63 74 20 31 30 20 32 33 3a 30 36 3a 31  d Oct 10 23:06:1
(lldb)

太好了!看见44617277696E没?这是单词Darwin的十六进制表示形似。如果我们将其改为十六进制表示的“geosn0w”,就相当于修改了内核名称了。对于版本号的修改,可以如法炮制。

为此,我们需要一个文本到十六进制的转换工具。不要担心,这类工具在网上随处可见,例如我用的这个。需要注意的是,如果写入的字符串太长的话,就会覆盖其他内容。所以,单词可以更短一些,剩下的空间可以用NOP(0x90)进行填充,但不能更长,因为它会覆盖内存中的其他内容。所以,只要对文本进行精心设计,它既可以删除一些东西,也可以添加一些东西,但一定不要越过边界:不要超过现有字符串中的字符数量。

最后,我是用的十六进制数据是这样的:

47 65 6f 53 6e 30 77 20 4b 65 72 6e 65 6c 20 56 = "GeoSn0w Kernel V"

65 72 73 69 6f 6e 20 36 39 2e 30 30 20 57 65 65 = "ersion 69.00 Wee"

现在,我们还不能把它写到这两个地址,因为必须先在所有字符前添加“0x”。最终,它们变为下面的样子:

0x47 0x65 0x6f 0x53 0x6e 0x30 0x77 0x20 0x4b 0x65 0x72 0x6e 0x65 0x6c 0x20 0x56 = "GeoSn0w Kernel V"

0x65 0x72 0x73 0x69 0x6f 0x6e 0x20 0x36 0x39 0x2e 0x30 0x30 0x20 0x57 0x65 0x65 = "ersion 69.00 Wee"

现在,我们就可以将这些字节写入内存中了。下面,让我们先从第一个地址开始。就我而言,所用命令如下所示:

(lldb) memory write 0xffffff802f0f68f0 0x47 0x65 0x6f 0x53 0x6e 0x30 0x77 0x20 0x4b 0x65 0x72 0x6e 0x65 0x6c 0x20 0x56
(lldb) x 0xffffff802f0f68f0
0xffffff802f0f68f0: 47 65 6f 53 6e 30 77 20 4b 65 72 6e 65 6c 20 56  GeoSn0w Kernel V
0xffffff802f0f6900: 72 73 69 6f 6e 20 31 37 2e 37 2e 30 3a 20 57 65  rsion 17.7.0: We
(lldb)

现在,我们已经将这个字符串完整地存放到了0xffffff802f0f6900地址处:

(lldb) memory write 0xffffff802f0f6900 0x65 0x72 0x73 0x69 0x6f 0x6e 0x20 0x36 0x39 0x2e 0x30 0x30 0x20 0x57 0x65 0x65
(lldb) x 0xffffff802f0f6900
0xffffff802f0f6900: 65 72 73 69 6f 6e 20 36 39 2e 30 30 20 57 65 65  ersion 69.00 Wee
0xffffff802f0f6910: 64 20 4f 63 74 20 31 30 20 32 33 3a 30 36 3a 31  d Oct 10 23:06:1
(lldb)

现在,让我们解冻调试对象上的内核:

(lldb) c
Process 1 resuming
(lldb) Loading 1 kext modules warning: Can't find binary/dSYM for com.apple.driver.AppleXsanScheme (79D5E92F-789E-3C37-BE0E-7D1EAD697DD9)
. done.
Unloading 1 kext modules . done.
Unloading 1 kext modules . done.
(lldb)

然后,让我们在调试对象的终端中运行uname -a命令:

现在,它将显示我们植入的字符串:

Last login: Sun Dec  2 07:12:19 on ttys000
Isabella:~ geosn0w$ uname -a
Darwin Isabella.local 17.7.0 GeoSn0w Kernel Version 69.00 Weed Oct 10 23:06:14 PDT 2018; root:xnu-4570.71.13~1/DEVELOPMENT_X86_64 x86_64
Isabella:~ geosn0w$

好了,我们已经通过示例讲解了如何在macOS上进行内核调试,希望对大家有所启发。需要注意的是,在完成调试之后,需要将boot-args重新设置为stock,这样才能启动正常的RELEASE版本的内核。为此,可以在调试对象机器上面的终端窗口中运行以下命令:sudo nvram boot-args=""。然后,转至/System/Library/Kernels/目录下面,并删除kernel.development文件。

Isabella:~ geosn0w$ sudo nvram boot-args=""
Password:
Isabella:~ geosn0w$

现在,在终端中执行以下两个命令,使KextCache无效:

sudo touch /Library/Extensions

以及:

sudo touch /System/Library/Extensions

在此之后,重新启动,计算机就能正常启动RELEASE版本的内核了。

关键词:[‘技术文章’, ‘翻译文章’]


author

旭达网络

旭达网络技术博客,曾记录各种技术问题,一贴搞定.
本文采用知识共享署名 4.0 国际许可协议进行许可。

We notice you're using an adblocker. If you like our webite please keep us running by whitelisting this site in your ad blocker. We’re serving quality, related ads only. Thank you!

I've whitelisted your website.

Not now