LWN: 终结 /dev/kmem！-技术圈

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Killing off /dev/kmem

By Jonathan Corbet
April 5, 2021
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https://lwn.net/Articles/851531/

David Hildenbrand 最近提出一个建议，希望取消对/dev/kmem 这个特殊文件的支持。这个建议没有引起多少讨论。也许这是因为如今的年轻人缺乏对历史的了解，不清楚这个文件到底是什么，从而不知道这件事为什么重要。有可能大家并不会怀念这个 /dev/kmem 接口，但它的消逝，也就代表着 Unix kernel interface 中的一个古老接口的消逝。

/dev/kmem 提供了访问内核地址空间的方法；它可以像普通文件一样被读取或写入，也可以被映射（map）到进程的地址空间。不用说，提供这样的访问能力肯定会带来一些安全问题。哪怕是对这个文件的普通 read 操作，也可能会暴露密码从而允许攻击者接管系统。因此，对/dev/kmem 的保护总是倾向于尽量加以限制的，但它仍然是一个可被利用来进入内核的公开后门，这让所有担心安全性的人更加更加担心了。

现在只有很少的 Linux 系统仍然缺省打开/dev/kmem 了。从 2008 年 7 月发布的 2.6.26 版内核开始，内核只有在启用 CONFIG_DEVKMEM 配置选项时才会创建这个特殊的文件。在 2021 年，人们很难找到一个启用了这个选项的 Linux 发行版。大多数发行版提供商在多年前就禁用了它。因此，它从内核中消失，可能不会带来太多的麻烦。

值得注意的是，Linux 系统仍然支持/dev/mem(没有 "k")，这个接口此前曾经用类似的方法，提供了对系统中所有 memory 的访问能力。很早以前，它就被限于 I/O memory 了，system RAM 是不允许的。偶尔有一些用户空间的设备驱动程序仍然需要利用/dev/mem 来生效，但其他很少有什么地方会用到它了。

人们可能会想，为什么当初会有/dev/kmem 这样危险的接口存在。内核不惜一切代价向系统其他部分隐藏内存内容，因此创建一个特殊文件来避开这种保护似乎是一个完全错误的决策。简而言之，原因是过去没有其他方法可以从内核中获取许多必要信息。

举个例子，我们来看看 top、uptime 或 w 等命令所输出的 "load average（平均负载）"数字，这些数字表示 CPU 运行队列（run queues）在 1 分钟、5分钟和 15 分钟期间的队列平均长度。在很久以前，计算机很少见，于是经常需要在同一台机器上运行许多任务，如果 load average 过高，那么那些不太紧急的任务就可能会根据 load average 值比较高这个信息来决定自己的工作推迟。这种做法会很受机器上其他用户的感激，因为这个系统上可能会有几十个用户。

但是如何确定当前的 load average 呢？Unix 内核几十年来一直在维护这些统计数据，但他们最初是把这些信息留在内核里自己用的。用户空间的代码如果想知道这个数值，就得做这些工作：

从当前内核的可执行文件中读取到符号表（symbol table）来确定 avenrun 数组的位置
打开/dev/kmem 并找到该位置。
将 avenrun 数组读到 user-space buffer 里。

那个时代的代码很难找到了，但是如果真的想看看的话，可以从早期 GNU make 版本中的 getloadavg() 函数的最底下，仔细检查那一大堆 #ifdef 就可以找到。在目前的 Linux 系统中，就只需要从/proc/loadavg 中读取一行即可。

这种在 kernel memory 中的搜索、读取，并不局限于 load average 数组这一处。还有很多需要获取更加复杂数据的工具也必须在/dev/kmem 中进行检索和读取，比如 2.9BSD 中实现的 ps 工具就是这样。那个时代都是这么做的。

要通过内核的 memory 内容来获取系统信息，除了需要实现/dev/kmem 之外，还有很多问题。内核的改变会给用户空间带来许多意想不到的影响。此外，通常需要多次读取才能得到一组完整的信息，但这组完整信息可能会在读取的同时已经发生变化了，这就导致了更多的意外情况。因此后续开始从/dev/kmem 转向了深思熟虑之后定义出来的 kernel interfaces，比如 /proc、sysfs 和各种系统调用，这样就解决了这些问题，并使得我们可以考虑禁用/dev/kmem 了。

现在，看起来 /dev/kmem 将彻底消失。Linus Torvalds 说他会 "很乐意在下一个合并窗口中这样做"，但他希望确认各个发行版提供商现在确实没有再继续使用它了。已经得到了一些特定发行版的回应，不过目前看来没有人还在使用/dev/kmem。如果有谁在使用这个接口，希望能在近期告知社区。如果没有的话，这个访问内核内存的后门很快就会被完全移除。不过，编者曾经在 2.6.14 的时候就预测它要被移除了，所以没准还会有意外出现。

全文完
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