LFD440 Linux Kernel Debugging and Security

Ziele

In dieser 4-tägigen Schulung "LFD440 Linux Kernel Debugging and Security" gewinnen Sie ein tiefes Verständnis für die grundlegenden Methoden und die interne Infrastruktur des Linux-Kernels. Der Kurs vermittelt sowohl theoretische Grundlagen als auch praktische Einblicke. Sie werden in die wichtigen Tools eingeführt, die für das Debugging und Monitoring des Kernels genutzt werden.

Zielgruppe

• Programmierer

Voraussetzungen

• Erfahrung in der C-Programmierung
• Vertrautheit mit den grundlegenden Linux (UNIX) Dienstprogrammen wie ls, grep und tar
• Erste Erfahrungen mit Text-Editoren (z. B. emacs, vi, etc.)
• Erfahrung mit einer großen Linux Distribution (von Vorteil)

Agenda

Kernel-Merkmale

• Komponenten des Kernels
• Anwenderbereich vs. Kernel-Bereich
• Was sind Systemaufrufe?
• Verfügbare Systemaufrufe
• Zeitplanungsalgorithmen und Task-Strukturen
• Prozess-Kontext

Überwachung und Fehlersuche

• Debuginfo-Package
• Tracing und Profiling
• sysctl
• SysRq-Schlüssel
• oops-Meldungen
• Kernel-Debugger
• debugfs

Das proc-Dateisystem

• Einträge erstellen und entfernen
• Einträge lesen und schreiben
• Die seq-Dateischnittstelle

kprobes

• kprobes
• kretprobes
• SystemTap

Ftrace

• ftrace, trace-cmd und kernelshark
• Verfügbare Tracer
• Verwendung von ftrace
• Dateien im Tracing-Verzeichnis
• Tracing-Optionen
• Drucken mit trace printk()
• Trace-Markierungen
• Dumpen des Puffers
• trace-cmd

Perf

• Perf-Statistik
• Perf-Liste
• Perf-Aufzeichnung
• Perf-Bericht
• perf kommentieren
• perf spitze

eBPF

• BFP
• eBPF
• Installation
• bcc Werkzeuge
• bpftrace

Absturz

• Haupt-Befehle

Kernel-Core-Dumps

• Erzeugung von Kernel-Core-Dumps
• kexec
• Einrichten von Kernel Core Dumps

Virtualisierung

• Bereiche der Virtualisierung
• Hypervisoren

QEMU

• Was ist QEMU?
• Simulierte Architekturen
• Bildformate
• Einbindung von Drittanbieter-Hypervisoren

Linux-Kernel-Debugging-Werkzeuge

• Linux-Kernel (eingebaute) Werkzeuge und Hilfsmittel
• kdb
• qemu+gdb
• kgdb: Hardware+seriell+gdb

Embedded Linux

• Embedded- und Real Time Betriebssysteme
• Erstellung einer kleinen Linux-Umgebung
• Real Time Linuxe

Notifiers

• Daten-Strukturen
• Rückrufe und Benachrichtigungen
• Melderketten erstellen

CPU-Frequenz-Skalierung

• Was ist Frequenz- und Spannungsskalierung?
• Melder
• Treiber
• Regler

Netlink Sockets

• netlink Socket öffnen
• netlink-Nachrichten

Einführung in die Sicherheit des Linux-Kernels

• Grundlagen der Linux-Kernel-Sicherheit
• Diskretionäre Zugriffskontrolle (DAC)
• POSIX ACLs
• POSIX-Fähigkeiten
• Namensräume (Namespaces)
• Linux Sicherheitsmodule (LSM)
• Netfilter
• Kryptographische Methoden
• Das Kernel-Selbstschutz-Projekt

Linux-Sicherheitsmodule (LSM)

• LSM-Grundlagen
• LSM Auswahlmöglichkeiten
• Arbeitsweise von LSM
• Ein LSM-Beispiel: Tomoyo

SELinux

• SELinux-Übersicht
• SELinux-Modi
• SELinux-Richtlinien
• Kontext-Dienstprogramme
• SELinux und Standard-Kommandozeilenwerkzeuge
• SELinux-Kontext-Vererbung und -Erhaltung**
• restorecon**
• semanage fcontext**
• SELinux-Boleans verwenden**
• getsebool und setsebool**
• Werkzeuge zur Fehlerbehebung

AppArmor

• Prüfen des Status
• Modi und Profile
• Profile
• Dienstprogramme

Netzfilter

• Netfilter-Haken
• Netfilter-Implementierung
• Einhaken in Netfilter
• Iptables

Das virtuelle Dateisystem

• Verfügbare Dateisysteme
• Spezielle Dateisysteme
• Das tmpfs-Dateisystem
• Das ext2/ext3-Dateisystem
• Das ext4-Dateisystem
• Das btrfs-Dateisystem
• Allgemeines Dateimodell
• VFS-Systemaufrufe
• Dateien und Prozesse
• Einbindung von Dateisystemen

Dateisysteme im Userspace (FUSE)

• Schreiben eines Dateisystems

Journaling-Dateisysteme

• Verfügbare Journaling-Dateisysteme
• Gegensätzliche Merkmale

Kernel-Architektur I

• UNIX und Linux **
• Monolithische und Mikro-Kernel
• Objekt-orientierte Methoden
• Hauptkomponenten des Kernels
• User-Space und Kernel-Space

Kernel-Programmierung Vorschau

• Error Numbers und Kernel Output
• Task-Struktur
• Speicherzuweisung
• Übertragung von Daten zwischen Benutzer- und Kernelbereich
• Objektorientierte Vererbung - eine Art von Vererbung
• Verknüpfte Listen
• Jiffies

Module

• Was sind Module?
• Module kompilieren
• Module vs. Built-in
• Modul-Dienstprogramme
• Automatisches Laden von Modulen
• Zählung der Modulverwendung
• Modul-Lizenzierung
• Exportieren von Symbolen
• Auflösen von Symbolen **

Kernel-Architektur II

• Prozesse, Threads und Tasks
• Kernel-Präemption
• Echtzeit-Präemptions-Patch

Kernel Konfiguration und Kompilierung

• Installation und Layout des Kernel-Source
• Kernel-Browser
• Kernel-Konfigurationsdateien
• Kernel-Erstellung und Makefiles
• initrd und initramfs

Kernel Style und allgemeine Überlegungen

• Coding-Style
• Verwendung generischer Kernel-Routinen und -Methoden
• Einen Kernel-Patch erstellen
• sparse
• Verwendung von likely() und unlikely()
• Schreiben von portierbarem Code, CPU, 32/64-bit, Endianness
• Schreiben für SMP
• Schreiben für Systeme mit hohem Speicherbedarf
• Energie-Management
• Sicherheit

Race Conditions und Synchronisationsmethoden

• Gleichzeitigkeit und Synchronisationsmethoden
• Atomare Operationen
• Bit-Operationen
• Spinlocks
• Seqlocks
• Deaktivierung der Vorkaufsrechte
• Mutexe
• Semaphoren
• Vervollständigungsfunktionen
• Read-Copy-Update (RCU)
• Referenz-Counts

Speicher-Adressierung

• Virtuelle Speicherverwaltung
• Systeme mit und ohne MMU und TLB
• Speicheradressen
• Hoher und niedriger Speicher
• Speicher-Zonen
• Spezielle Device Nodes
• NUMA
• Paging
• Seitentabellen
• Seitenstruktur

Speicher-Zuweisung

• Anfordern und Freigeben von Seiten
• Buddy-System
• Slabs und Cache-Zuteilungen
• Speicherpools
• kmalloc()
• vmalloc()
• Frühe Zuweisungen und bootmem()
• Speicher-Defragmentierung

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Mehr zu den Vorteilen von Badges

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