LDFLAGS += -plugin-opt=-inline-threshold=0
-plugin-opt=-unroll-threshold=0

注意，禁用单个优化的标志不是稳定 LLVM 接口的一部分，在将来的编译器版本中可能会更改。

在 Linux 内核中实现 CFI

LLVM 的 CFI 实现在每个间接分支之前添加一个检查，以确认目标地址指向一个拥有有效签名的函数。这可以防止一个间接分支跳转到任意代码位置，甚至限制可以调用的函数。由于 C 编译器没有对间接分支强制执行类似限制，函数类型声明不匹配导致了几个 CFI 违规，即使在我们在内核的 CFI 补丁集中解决的内核 4.9 和 4.14 中也是如此。

内核模块为 CFI 添加了另一个复杂功能，因为它们在运行时加载，并且可以独立于内核的其它部分进行编译。为了支持可加载模块，我们在内核中实现了 LLVM 的 cross-DSO CFI 支持，包括用来加速跨模块查找的 CFI 影子。在使用 cross-DSO 支持进行编译时，每个内核模块都会包含有关有效本地分支目标的信息，内核根据目标地址和模块的内存布局从正确的模块中查找信息。

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](https://user-gold-cdn.xitu.io/2018/12/17/167bad5fd0ab06a0?w=1600&h=697&f=png&s=215332)

图 3. 注入 arm64 内核的 cross-DSO CFI 检查示例。类型信息在 X0 中传递，目标地址在 X1 中验证。

CFI 检查会给间接分支增加一些开销，但由于更积极的优化，我们的测试表明影响很小，在很多情况下整体系统性能甚至提高了 1-2%。

为 Android 设备启用内核 CFI

arm64 中的 CFI 需要 clang 版本 >= 5.0 并且 binutils >= 2.27。内核构建系统还假定 LLVMgold.so 插件在 LD_LIBRARY_PATH 中可用。clang 和 binutils 预构建工具链二进制文件可在 AOSP 获得，也可使用上游二进制文件。

启用内核 CFI 需要开启以下内核配置选项：

CONFIG_LTO_CLANG=y
CONFIG_CFI_CLANG=y

在调试 CFI 违规或设备启动期间，使用 CONFIG_CFI_PERMISSIVE=y 可能会有所帮助。此选项将违规转换为警告而不是内核恐慌。

如前一节所述，我们在 Pixel 3 上启用 CFI 时遇到的最常见问题是由函数指针类型不匹配引起的良性违规。当内核遇到这种违规时，它会打印出一个运行时警告，其中包含失败时的调用堆栈，以及未通过 CFI 检查的目标调用。更改代码以使用正确的函数指针类型可以解决问题。虽然我们已经修复了 Android 内核中所有已知的间接分支类型不匹配的问题，但在设备特定的驱动程序中仍然可能发现类似的问题，例如。

CFI failure (target: [] my_target_function+0x0/0xd80):
------------[ cut here ]------------
kernel BUG at kernel/cfi.c:32!
Internal error: Oops - BUG: 0 [#1] PREEMPT SMP
…
调用堆栈:
…
[] handle_cfi_failure+0x20/0x28
[] my_buggy_function+0x0/0x10
…

图 4. CFI 故障引起的内核恐慌示例

另一个潜在的缺陷是地址空间冲突，但这在驱动程序代码中应该不太常见。LLVM 的 CFI 检查仅清楚内核虚拟地址和在另一个异常级别运行或间接调用物理地址的任何代码都将导致 CFI 违规。可通过使用 __nocfi 属性禁用单个函数的 CFI 来解决这些类型的故障，甚至可以使用 Makefile 中的 $(DISABLE_CFI) 编译器标志来禁用整个文件的 CFI。

static int __nocfi address_space_conflict()
{
void (fn)(void);
…
/ 切换分支到物理地址将使 CFI 没有 __nocfi */
fn = (void *)__pa_symbol(function_name);
cpu_install_idmap();
fn();
cpu_uninstall_idmap();
…
}

图 5. 修复由地址空间冲突引起 CFI 故障的示例。
最后，和许多增强功能一样，CFI 也可能因内存损坏错误而被触发，否则可能导致随后的内核崩溃。这些可能更难以调试，但内存调试工具，如 KASAN 在这种情况下可以提供帮助。
结论

我们已经在 Android 内核 4.9 和 4.14 中实现了对 LLVM 的 CFI 的支持。Google 的 Pixel 3 将是第一款提供这些保护功能的 Android 设备，我们已通过 Android 通用内核向所有设备供应商提供了该功能。如果你要发布运行 Android 9 的新 arm64 设备，我们强烈建议启用内核 CFI 以帮助防止内核漏洞。
LLVM 的 CFI 保护间接分支免受攻击者的攻击，这些攻击者设法访问存储在内核中的函数指针。这使得利用内核的常用方法更加困难。我们未来的工作还涉及到 LLVM 的 影子调用堆栈来保护函数返回地址免受类似攻击，这将在即将发布的编译器版本中提供。

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