2024 OS 比赛：基于 ArceOS 宏内核实现支持复杂 Linux APP

[Azure-stars]

2024 OS 功能赛道兼 Dora 中间件支持相关讨论区
相关课题：

• Starry 支持 glibc 相关测例集和应用
• Starry 支持 Dora 中间件与其上的智能机器人
• Ext4 文件系统的完善实现和 Model Check
• 内核模块和整体的 Fuzzing 测试，支持不同指令架构和内核

相关资料：

• ArceOS 仓库：https://github.com/rcore-os/arceos
• ArceOS 指导书：https://rcore-os.cn/arceos-tutorial-book/
• Starry 模块化仓库：https://github.com/Starry-OS
• Dora 中间件仓库：https://github.com/dora-rs/dora

如有兴趣一起来探索，请联系我 Azure_stars AT 126.com

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2024-7-4 讨论

背景大致分工

• 文件系统支持和 Model check 安全保证：刘竞暄
• 内核 fuzzing 漏洞检查：李羽飞
• 宏内核支持 Dora：郑友捷
• 田凯夫、闭浩扬：接手 ArceOS 并且熟悉其工作
• 郭伟康：宏内核、Hypervisor、跨内核驱动框架设计
• 萧络元：驱动、虚拟化相关，也有宏内核经验
• 张旭阳：CICV 员工，聚焦 FastDDS 等应用
• 李昕昊：CICV 员工

郑友捷

本周工作

• Dora 支持：已经分析出了初步的 syscall，但是需要去更加细致的分析、拆分 Dora 的支持进程
• Dora 部分工作和 ZLM 那边的支持相关，联系柏乔森看看进度如何，部分工作可以重用

下周规划

• 详细的对 Dora 进行分析，拆分具体任务到个人，具体形式详见 [ZLM 支持第二阶段](https://github.com/Arceos-monolithic/ZLMediaKit-analysis/blob/main/%E7%AC%AC%E4%BA%8C%E9%98%B6%E6%AE%B5syscall%E6%94%AF%E6%8C%81.md)
• 继续支持 Dora

李羽飞

本周工作

阅读 Qemu 源码

• 补充材料
  • Qemu 相关
  • [Introduction | QEMU internals (airbus-seclab.github.io)](https://airbus-seclab.github.io/qemu_blog/)
  • [菜鸡读QEMU源码 - From_Zero - 博客园 (cnblogs.com)](https://www.cnblogs.com/from-zero/p/12383652.html)
  • [QEMU tcg源码分析与unicorn原理-二进制漏洞-看雪-安全社区|安全招聘|kanxue.com](https://bbs.kanxue.com/thread-277163.htm)
  • TCG 内部原理：[Translator Internals — QEMU documentation](https://www.qemu.org/docs/master/devel/tcg.html)
• 架构相关
  • ARM：[Writing ARM Assembly (Part 1) | Azeria Labs (azeria-labs.com)](https://azeria-labs.com/writing-arm-assembly-part-1/)
  • x86 编码：[An Introduction to Intel 32-bit Instruction Decoding | by Gayal Dassanayake | Medium](https://medium.com/@g.c.dassanayake/an-introduction-to-intel-32-bit-instruction-decoding-9b3b0c15bebb)

向LibAFL添加RISC-V32

• libafl_qemu_sys 和 libafl_qemu_build 添加 riscv32 feature
• libafl_qemu 添加 riscv32 对应的 arch 文件
• 待实现：
  • qemu_libafl_bridge：对 riscv 实现 libafl_cmp_hook
  • 编译 riscv32 工具链，使用 xv6-rv32 测试
• 问题
  • libafl_qemu_build：不知道 bindings 实现是否正确，暂时添加 RISCVCPU 和 CPURISCVState

刘竞暄

本周工作

• 将 ext4 文件系统接入到 Starry，参考了萧络元的工作
• 问题：
  • 启动的时候会等待非常长的时间
  • 其他的文件系统表现是正常的
• 使用一个 fuse 的文件系统拷贝了文件镜像，暂时无法适配到 mkfs.ext4 的文件镜像，需要后续改进，适配到 Linux 上

石磊

• 初步开始尝试在 Qemu 上对内核行为进行比对，受启发：Qemu 的 rr 模式（record and replay）
• 部分相关工作：王润基的框架：对时钟、调度等做模拟，从而减小随机变量的出现
• 可以参考读一些论文，这部分工作应该做的人比较多

[Azure-stars]

Starry 支持 Dora 仓库地址：https://github.com/Starry-OS/Starry/

Starry 支持 ZLM 目前工作成果：

• https://github.com/Josen-B/axnet/commits/main/
• https://github.com/Josen-B/linux_syscall_api/commits/main/
  尚未提起 PR

[Azure-stars]

Qemu 等虚拟机自省相关资料：

• https://hujiekang.top/posts/virtual-machine-introspection/
• https://www.semanticscholar.org/paper/Simplifying-virtual-machine-introspection-using-Payne/3b634a20241f8b43be9dbf63c286bdf86249426c
• https://github.com/0voice/kernel_awsome_feature?tab=readme-ov-file

[shilei-massclouds]

https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/978-3-642-25141-2_7.pdf?pdf=inline%20link
补充这一篇。论文虽然有点老，但体现了VMI的经典思路。相应的VMI的实践过程记录的比较详细。

[Azure-stars]

2024 年 7 月 19 日

郑友捷

• 尝试运行 dora 的 riscv-glibc 版本，在部分 syscall 上存在 bug
• 分析 lebai sdk
• 支持 e1000 网卡驱动到 Starry 上

李羽飞

• 向 LibAFL 添加 RISC-V 64
  • Backdoor 指令没有对 a0 赋值的原因：在 guest -> IR 翻译过程中，backdoor code 被视作普通指令，不会像遇到 basic block 边界一样停止翻译。所以如果 backdoor code 之后还有对 a0 的赋值，则该次赋值和之前对 a0 的赋值将出现在同一个 basic block 中，在 IR 优化过程中之前的赋值被去掉。
  • 解决方法：若不修改 QEMU，简单的方案还是把 backdoor 指令放在一个新的 basic block 中，避免优化
  • RISC-V64 支持已提交 PR
• 改进输入结构
  • 问题：使用结构化输入，更有针对性地生成/变异，提高测试效率
  • 方法一：参考 syzkaller，用 Rust 重写逻辑
    • 优点：LibAFL 更轻量？
    • 缺点：重写有难度，而且是否有意义？
  • 方法二：直接使用 syzkaller，在 QEMU 上运行 kernel，二者通信交流覆盖率信息
    • 运行环境：必须是模拟器，比如 QEMU
    • syzkaller 在虚拟机上运行所需要满足的条件：虚拟机支持网络连接、运行 SSH server、SSH 登录权限、挂载 debugfs（参考 create-image.sh）
    • syzkaller 支持在 QEMU 上运行 Linux：Setup (General)、Setup(QEMU, riscv64)
  • 插桩方式
    • 静态（编译器负责）：afl.rs、rustc support、Use LLVM trace-pc-guard
    • 动态（模拟器负责）：AFL++ 只支持用户模式，不行；LibAFL QEMU
  • 覆盖率信息格式
    • syzkaller 在 Linux 上使用 kcov：Syzkaller Diving 01、Syzkaller Diving 03
    • AFL 的格式与 kcov 不同
  • 覆盖率信息交换

刘竞暄

• 实现了Kernel Model Check的基本框架。
• 实现了对ArceOS Unikernel中的任务调度模块的简单样例测试。
• 分析ArceOS中内存管理模块并进行基本功能建模。

柏乔森

• 根据评审意见修改支持zlm代码
• prlimit64支持动态设置栈大小
• syscall_clone支持CLONE_FS

杨金全

• socketpair问题排查
• 完成对/dev/shm目录下的文件读写的debug
• 宏内核差分测试环境搭建

李昕昊

• futex独立成一个crate axfutex
• 熟悉Starry的axnet和linux_syscall_api::syscall_net的相关结构和接口, 结合linux确定需要实现socket的AF_UNIX添加的内容