必须重新定义一些 kext 成员函数，以避免未解析的符号

Question

TL;DR
subclass 正在 super[=85 的范围内重新实现（重新定义）superclass（基础 class） 的虚函数=]，因为动态加载器要求它这样做。这对我来说没有任何意义。

示例：

class IO80211Controller : public IOEthernetController
{
    virtual IOReturn enablePacketTimestamping(); // Implemented in binary, I can see the disassembly.
};

// .cpp - Redefinition with superclass namespace.
IOReturn IO80211Controller::enablePacketTimestamping()
{
    return kIOReturnUnsupported; // This is from the disassembly of IO80211Controller
}

以上不是真实的 header，我希望它接近它应该是的 - 没有 header 可用。

// .hpp
class AirPortBrcm4331 : public IO80211Controller
{
    // Subclass stuff goes here
};

// .cpp - Redefinition with superclass namespace.
IOReturn IO80211Controller::enablePacketTimestamping()
{
    return kIOReturnUnsupported; // This is from the disassembly of AirPortBrcm4331
}

背景
我正在研究 IO80211Family.kext（没有可用的 header），尤其是 IO80211Controller class - 我正在扭转 header 因此可以从这个 class 继承并创建自定义 802.11 驱动程序。

发现问题
IO80211Controller 定义了许多虚拟成员函数，我需要在我的反向 header 文件中声明它们。我创建了一个包含所有虚函数的 header 文件（从 IO80211Controller 的 vtable 中提取）并将其用于我的子 class.

加载我的新 kext 时（使用 subclass），出现链接错误：

kxld[com.osxkernel.MyWirelessDriver]: The following symbols are unresolved for this kext:
kxld[com.osxkernel.MyWirelessDriver]: IO80211Controller::enableFeature(IO80211FeatureCode, void*)
kxld[com.osxkernel.MyWirelessDriver]: IO80211Controller::flowIdSupported()
kxld[com.osxkernel.MyWirelessDriver]: IO80211Controller::apple80211_ioctl(IO80211Interface*, __ifnet*, unsigned long, void*)
kxld[com.osxkernel.MyWirelessDriver]: IO80211Controller::enablePacketTimestamping()
kxld[com.osxkernel.MyWirelessDriver]: IO80211Controller::hardwareOutputQueueDepth(IO80211Interface*)
kxld[com.osxkernel.MyWirelessDriver]: IO80211Controller::disablePacketTimestamping()
kxld[com.osxkernel.MyWirelessDriver]: IO80211Controller::performCountryCodeOperation(IO80211Interface*, IO80211CountryCodeOp)
kxld[com.osxkernel.MyWirelessDriver]: IO80211Controller::requiresExplicitMBufRelease()
kxld[com.osxkernel.MyWirelessDriver]: IO80211Controller::_RESERVEDIO80211Controllerless7()
kxld[com.osxkernel.MyWirelessDriver]: IO80211Controller::stopDMA()
Link failed (error code 5).

superclass 的反向 header 包含 50 多个虚拟成员函数，因此如果有任何链接问题，我会假设它是 all-or-nothing。当向这些函数添加一个简单的实现时（使用 superclass namespace），链接错误就消失了。

出现两个问题

如何实现同一个功能的多个实现co-exist？它们都位于内核地址 space.
是什么让这些特定功能如此特别，而其他 50 个没有奇怪的重新实现需求就可以？

假设
我无法回答第一个问题，但我已经开始研究第二个问题。
我查看了 IO80211Family mach-o 符号 table，所有带有链接错误的函数在其类型字段中不包含 N_EXT 位 - 这意味着它们不是外部的符号，而其他函数确实包含 N_EXT 位。

我不确定这会如何影响加载 kext 过程，所以我深入研究了 XNU 源代码并查找了 kext 加载代码。这里有一个主要参与者，称为 vtable 补丁，这可能会阐明我的第一个问题。
不管怎样，有一个叫做 kxld_sym_is_unresolved 的谓词函数，它检查一个符号是否未解析。 kxld 对所有符号调用此函数，以验证它们是否正常。

boolean_t
kxld_sym_is_unresolved(const KXLDSym *sym)
{
    return ((kxld_sym_is_undefined(sym) && !kxld_sym_is_replaced(sym)) ||
            kxld_sym_is_indirect(sym) || kxld_sym_is_common(sym));
}

在我的例子中，这个函数结果归结为 kxld_sym_is_replaced 的 return 值，它只是检查符号是否已被修补（vtable 修补），我不不太了解它是什么以及它如何影响我...

大问题
为什么苹果选择这些功能不外挂？它们是否暗示它们应该由其他人实施——以及其他人，为什么与 superclass 具有相同的范围？我跳进了源代码以找到答案，但没有找到。这是最让我不安的——它不符合我的逻辑。我知道一个完整的综合答案可能太复杂了，所以至少可以帮助我在更高层次上理解这里发生了什么，不让 subclass 获得这些特定功能的实现背后的逻辑是什么，以如此奇怪的方式（为什么不是纯粹的抽象）？

非常感谢您阅读本文！

Answer 1

您遇到了一个非常简单的现象：未导出的符号。

$ nm /System/Library/Extensions/IO80211Family.kext/Contents/MacOS/IO80211Family | fgrep __ZN17IO80211Controller | egrep '\w{16} t'
00000000000560c6 t __ZN17IO80211Controller13enableFeatureE18IO80211FeatureCodePv
00000000000560f6 t __ZN17IO80211Controller15flowIdSupportedEv
0000000000055fd4 t __ZN17IO80211Controller16apple80211_ioctlEP16IO80211InterfaceP7__ifnetmPv
0000000000055f74 t __ZN17IO80211Controller21monitorModeSetEnabledEP16IO80211Interfacebj
0000000000056154 t __ZN17IO80211Controller24enablePacketTimestampingEv
0000000000056008 t __ZN17IO80211Controller24hardwareOutputQueueDepthEP16IO80211Interface
0000000000056160 t __ZN17IO80211Controller25disablePacketTimestampingEv
0000000000056010 t __ZN17IO80211Controller27performCountryCodeOperationEP16IO80211Interface20IO80211CountryCodeOp
00000000000560ee t __ZN17IO80211Controller27requiresExplicitMBufReleaseEv
0000000000055ffc t __ZN17IO80211Controller7stopDMAEv
0000000000057452 t __ZN17IO80211Controller9MetaClassD0Ev
0000000000057448 t __ZN17IO80211Controller9MetaClassD1Ev

除了两个 MetaClass 析构函数之外，链接错误列表的唯一区别是 monitorModeSetEnabled（您是否有机会覆盖它？）。

现在在我的系统上我只有一个 class 扩展 IO80211Controller，即 AirPort_BrcmNIC，由 com.apple.driver.AirPort.BrcmNIC 实现。那么让我们看看它是如何处理的：

$ nm /System/Library/Extensions/AirPortBrcmNIC-MFG.kext/Contents/MacOS/AirPortBrcmNIC-MFG | egrep '13enableFeatureE18IO80211FeatureCodePv|15flowIdSupportedEv|16apple80211_ioctlEP16IO80211InterfaceP7__ifnetmPv|21monitorModeSetEnabledEP16IO80211Interfacebj|24enablePacketTimestampingEv|24hardwareOutputQueueDepthEP16IO80211Interface|25disablePacketTimestampingEv|27performCountryCodeOperationEP16IO80211Interface20IO80211CountryCodeOp|27requiresExplicitMBufReleaseEv|7stopDMAEv'
0000000000046150 t __ZN17IO80211Controller15flowIdSupportedEv
0000000000046120 t __ZN17IO80211Controller16apple80211_ioctlEP16IO80211InterfaceP7__ifnetmPv
0000000000046160 t __ZN17IO80211Controller24enablePacketTimestampingEv
0000000000046170 t __ZN17IO80211Controller25disablePacketTimestampingEv
0000000000046140 t __ZN17IO80211Controller27requiresExplicitMBufReleaseEv
000000000003e880 T __ZN19AirPort_BrcmNIC_MFG13enableFeatureE18IO80211FeatureCodePv
0000000000025b10 T __ZN19AirPort_BrcmNIC_MFG21monitorModeSetEnabledEP16IO80211Interfacebj
0000000000025d20 T __ZN19AirPort_BrcmNIC_MFG24hardwareOutputQueueDepthEP16IO80211Interface
0000000000038cf0 T __ZN19AirPort_BrcmNIC_MFG27performCountryCodeOperationEP16IO80211Interface20IO80211CountryCodeOp
000000000003e7d0 T __ZN19AirPort_BrcmNIC_MFG7stopDMAEv

所以他们覆盖了一堆方法，其余的...他们在本地重新实现。启动反汇编程序，我们可以看到这些实际上只是存根：

;-- IO80211Controller::apple80211_ioctl(IO80211Interface*,__ifnet*,unsignedlong,void*):
;-- method.IO80211Controller.apple80211_ioctl_IO80211Interface____ifnet__unsignedlong_void:
0x00046120      55             push rbp
0x00046121      4889e5         mov rbp, rsp
0x00046124      4d89c1         mov r9, r8
0x00046127      4989c8         mov r8, rcx
0x0004612a      4889d1         mov rcx, rdx
0x0004612d      488b17         mov rdx, qword [rdi]
0x00046130      488b82900c00.  mov rax, qword [rdx + 0xc90]
0x00046137      31d2           xor edx, edx
0x00046139      5d             pop rbp
0x0004613a      ffe0           jmp rax
0x0004613c      0f1f4000       nop dword [rax]
;-- IO80211Controller::requiresExplicitMBufRelease():
;-- method.IO80211Controller.requiresExplicitMBufRelease:
0x00046140      55             push rbp
0x00046141      4889e5         mov rbp, rsp
0x00046144      31c0           xor eax, eax
0x00046146      5d             pop rbp
0x00046147      c3             ret
0x00046148      0f1f84000000.  nop dword [rax + rax]
;-- IO80211Controller::flowIdSupported():
;-- method.IO80211Controller.flowIdSupported:
0x00046150      55             push rbp
0x00046151      4889e5         mov rbp, rsp
0x00046154      31c0           xor eax, eax
0x00046156      5d             pop rbp
0x00046157      c3             ret
0x00046158      0f1f84000000.  nop dword [rax + rax]
;-- IO80211Controller::enablePacketTimestamping():
;-- method.IO80211Controller.enablePacketTimestamping:
0x00046160      55             push rbp
0x00046161      4889e5         mov rbp, rsp
0x00046164      b8c70200e0     mov eax, 0xe00002c7
0x00046169      5d             pop rbp
0x0004616a      c3             ret
0x0004616b      0f1f440000     nop dword [rax + rax]
;-- IO80211Controller::disablePacketTimestamping():
;-- method.IO80211Controller.disablePacketTimestamping:
0x00046170      55             push rbp
0x00046171      4889e5         mov rbp, rsp
0x00046174      b8c70200e0     mov eax, 0xe00002c7
0x00046179      5d             pop rbp
0x0004617a      c3             ret
0x0004617b      0f1f440000     nop dword [rax + rax]

对应的是：

static uint32_t IO80211Controller::apple80211_ioctl(IO80211Interface *intf, __ifnet *net, unsigned long some, void *whatev)
{
    return this->apple80211_ioctl(intf, (IO80211VirtualInterface*)NULL, net, some, whatev);
}

static bool IO80211Controller::requiresExplicitMBufRelease()
{
    return false;
}

static bool IO80211Controller::flowIdSupported()
{
    return false;
}

static IOReturn IO80211Controller::enablePacketTimestamping()
{
    return kIOReturnUnsupported;
}

static IOReturn IO80211Controller::disablePacketTimestamping()
{
    return kIOReturnUnsupported;
}

我没有尝试编译以上内容，但这应该能让您走上正轨。 :)

Answer 2

直接的解释确实是IO80211 kext没有导出符号。然而，这背后的可能原因是这些函数是内联实现的，如下所示：

class IO80211Controller : public IOEthernetController
{
    //...

    virtual IOReturn enablePacketTimestamping()
    {
        return kIOReturnUnsupported;
    }
    //...
};

例如，如果我构建这段代码：

#include <cstdio>

class MyClass
{
public:
        virtual void InlineVirtual() { printf("MyClass::InlineVirtual\n"); }
        virtual void RegularVirtual();
};

void MyClass::RegularVirtual()
{
        printf("MyClass::RegularVirtual\n");
}

int main()
{
        MyClass a;
        a.InlineVirtual();
        a.RegularVirtual();
}

使用命令

clang++ -std=gnu++14 inline-virtual.cpp -o inline-virtual

然后使用 nm:

检查符号

$ nm ./inline-virtual
0000000100000f10 t __ZN7MyClass13InlineVirtualEv
0000000100000e90 T __ZN7MyClass14RegularVirtualEv
0000000100000ef0 t __ZN7MyClassC1Ev
0000000100000f40 t __ZN7MyClassC2Ev
0000000100001038 S __ZTI7MyClass
0000000100000faf S __ZTS7MyClass
0000000100001018 S __ZTV7MyClass
                 U __ZTVN10__cxxabiv117__class_type_infoE
0000000100000000 T __mh_execute_header
0000000100000ec0 T _main
                 U _printf
                 U dyld_stub_binder

可以看到MyClass::InlineVirtual隐藏可见性（t），而MyClass::RegularVirtual是导出的（T）。必须在调用它的所有编译单元中提供声明为 inline 的函数的实现（显式地使用关键字或隐式地将其放置在 class 定义中），因此它们不会'有外部链接。

必须重新定义一些 kext 成员函数，以避免未解析的符号

Some kext member functions must be redefined, to avoid unresolved symbols

c++

macos

iokit

kernel-extension

mach-o