TEE-TA学习轨迹第九篇：libteec代码详细分析

• 系统调用：fcntl（文件控制）、ioctl（设备控制）、mmap（内存映射）、pthread（线程安全）等；
• TEE标准头文件：tee_client_api.h（GP TEE客户端API定义）、linux/tee.h（Linux内核TEE驱动接口）；
• 调试/日志：teec_trace.h（TEEC日志宏，如EMSG）。

static void teec_mutex_lock(pthread_mutex_t *mu) { pthread_mutex_lock(mu); } static void teec_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mu) { pthread_mutex_unlock(mu); }

• 封装pthread互斥锁的加/解锁，保证多线程访问TEE资源时的安全性。

static void *teec_paged_aligned_alloc(size_t sz) { void *p = NULL; size_t page_sz = sysconf(_SC_PAGESIZE); // 获取系统页大小 size_t aligned_sz = ((sz + page_sz - 1) / page_sz) * page_sz; // 向上取整到页大小 if (aligned_sz >= sz && !posix_memalign(&p, page_sz, aligned_sz)) return p; return NULL; }

• 按系统页大小对齐分配内存（TEE共享内存要求页对齐），避免内存对齐导致的访问错误。

static int teec_open_dev(const char *devname, const char *capabilities, uint32_t *gen_caps) { int fd = 0; struct tee_ioctl_version_data vers; memset(&vers, 0, sizeof(vers)); fd = open(devname, O_RDWR); if (fd < 0) return -1; if (ioctl(fd, TEE_IOC_VERSION, &vers)) { EMSG("TEE_IOC_VERSION failed"); goto err; } /* We can only handle GP TEEs */ if (!(vers.gen_caps & TEE_GEN_CAP_GP)) goto err; if (capabilities) { if (strcmp(capabilities, "optee-tz") == 0) { if (vers.impl_id != TEE_IMPL_ID_OPTEE) goto err; if (!(vers.impl_caps & TEE_OPTEE_CAP_TZ)) goto err; } else { /* Unrecognized capability requested */ goto err; } } *gen_caps = vers.gen_caps; return fd; err: close(fd); return -1; }

• 打开TEE设备文件（如/dev/tee0），通过TEE_IOC_VERSION ioctl验证：
  • 必须是GP（GlobalPlatform）兼容的TEE；
  • 若指定capabilities="optee-tz"，需验证是OP-TEE实现且支持TZ（Trusted Zone）；
• 返回设备FD和TEE通用能力（gen_caps）。

static int teec_shm_register(int fd, void *buf, size_t size, int *id) { int shm_fd = 0; struct tee_ioctl_shm_register_data data; memset(&data, 0, sizeof(data)); data.addr = (uintptr_t)buf; data.length = size; shm_fd = ioctl(fd, TEE_IOC_SHM_REGISTER, &data); if (shm_fd < 0) return -1; *id = data.id; return shm_fd; }

• 通过TEE_IOC_SHM_ALLOC/TEE_IOC_SHM_REGISTER ioctl与TEE内核交互，返回共享内存FD和ID。

• 功能：初始化TEE上下文（与TEE设备建立连接）；
• 逻辑：

1. 遍历/dev/tee0到/dev/tee9，调用teec_open_dev打开兼容的TEE设备；
2. 记录设备FD、TEE能力（如是否支持注册内存、空内存引用）；
3. 失败返回TEEC_ERROR_ITEM_NOT_FOUND（无可用TEE设备）。

void TEEC_FinalizeContext(TEEC_Context *ctx) { if (ctx) close(ctx->imp.fd); }

• 功能：销毁TEE上下文，关闭设备FD。

TEEC_Result TEEC_AllocateSharedMemory(TEEC_Context *ctx, TEEC_SharedMemory *shm) { int fd = 0; size_t s = 0; if (!ctx || !shm) return TEEC_ERROR_BAD_PARAMETERS; if (!shm->flags || (shm->flags & ~(TEEC_MEM_INPUT | TEEC_MEM_OUTPUT))) return TEEC_ERROR_BAD_PARAMETERS; s = shm->size; if (!s) s = 8; if (ctx->imp.reg_mem) { shm->buffer = teec_paged_aligned_alloc(s); if (!shm->buffer) return TEEC_ERROR_OUT_OF_MEMORY; fd = teec_shm_register(ctx->imp.fd, shm->buffer, s, &shm->imp.id); if (fd < 0) { free(shm->buffer); shm->buffer = NULL; return TEEC_ERROR_OUT_OF_MEMORY; } shm->imp.registered_fd = fd; } else { fd = teec_shm_alloc(ctx->imp.fd, s, &shm->imp.id); if (fd < 0) return TEEC_ERROR_OUT_OF_MEMORY; shm->buffer = mmap(NULL, s, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); close(fd); if (shm->buffer == (void *)MAP_FAILED) { shm->imp.id = -1; return TEEC_ERROR_OUT_OF_MEMORY; } shm->imp.registered_fd = -1; } shm->imp.shadow_buffer = NULL; shm->imp.alloced_size = s; shm->imp.flags = SHM_FLAG_BUFFER_ALLOCED; return TEEC_SUCCESS; }

• 功能：由TEE内核分配共享内存（而非用户提供）；
• 逻辑：

1. 按页对齐分配内存，注册到TEE；
2. 若TEE不支持注册内存，通过mmap映射TEE分配的内存到用户空间。

• 功能：释放共享内存，清理影子缓冲区/映射内存，关闭FD，重置元信息。

TEEC_Result TEEC_RegisterSharedMemory(TEEC_Context *ctx, TEEC_SharedMemory *shm) { TEEC_Result res = TEEC_SUCCESS; int fd = 0; size_t s = 0; if (!ctx || !shm) return TEEC_ERROR_BAD_PARAMETERS; if (!shm->flags || (shm->flags & ~(TEEC_MEM_INPUT | TEEC_MEM_OUTPUT))) return TEEC_ERROR_BAD_PARAMETERS; if (!shm->buffer) return TEEC_ERROR_BAD_PARAMETERS; s = shm->size; if (!s) s = 8; if (ctx->imp.reg_mem) { fd = teec_shm_register(ctx->imp.fd, shm->buffer, s, &shm->imp.id); if (fd >= 0) { shm->imp.registered_fd = fd; shm->imp.shadow_buffer = NULL; shm->imp.flags = 0; goto out; } /* * If we're here TEE_IOC_SHM_REGISTER failed, probably * because some read-only memory was supplied and the Linux * kernel doesn't like that at the moment. * * The error could also have some other origin. In any case * we're not making matters worse by trying to allocate and * register a shadow buffer before giving up. */ shm->imp.shadow_buffer = teec_paged_aligned_alloc(s); if (!shm->imp.shadow_buffer) return TEEC_ERROR_OUT_OF_MEMORY; fd = teec_shm_register(ctx->imp.fd, shm->imp.shadow_buffer, s, &shm->imp.id); if (fd >= 0) { shm->imp.registered_fd = fd; shm->imp.flags = SHM_FLAG_SHADOW_BUFFER_ALLOCED; goto out; } if (errno == ENOMEM) res = TEEC_ERROR_OUT_OF_MEMORY; else res = TEEC_ERROR_GENERIC; free(shm->imp.shadow_buffer); shm->imp.shadow_buffer = NULL; return res; } else { fd = teec_shm_alloc(ctx->imp.fd, s, &shm->imp.id); if (fd < 0) return TEEC_ERROR_OUT_OF_MEMORY; shm->imp.shadow_buffer = mmap(NULL, s, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); close(fd); if (shm->imp.shadow_buffer == (void *)MAP_FAILED) { shm->imp.id = -1; return TEEC_ERROR_OUT_OF_MEMORY; } shm->imp.registered_fd = -1; shm->imp.flags = 0; } out: shm->imp.alloced_size = s; return TEEC_SUCCESS; }

• 功能：将用户空间的内存注册到TEE，供安全世界访问；
• 关键逻辑：

1. 校验参数（上下文/共享内存非空、标志合法、缓冲区非空）；
2. 若TEE支持内存注册（reg_mem），直接注册用户内存；
3. 若注册失败（如用户内存只读），分配影子缓冲区（可写），注册影子缓冲区并拷贝用户数据；
4. 记录共享内存ID、FD、影子缓冲区等元信息。

TEEC_Result TEEC_OpenSession(TEEC_Context *ctx, TEEC_Session *session, const TEEC_UUID *destination, uint32_t connection_method, const void *connection_data, TEEC_Operation *operation, uint32_t *ret_origin) { struct tee_ioctl_open_session_arg *arg = NULL; struct tee_ioctl_param *params = NULL; TEEC_Result res = TEEC_ERROR_GENERIC; uint32_t eorig = 0; int rc = 0; const size_t arg_size = sizeof(struct tee_ioctl_open_session_arg) + TEEC_CONFIG_PAYLOAD_REF_COUNT * sizeof(struct tee_ioctl_param); union { struct tee_ioctl_open_session_arg arg; uint8_t data[arg_size]; } buf; struct tee_ioctl_buf_data buf_data; TEEC_SharedMemory shm[TEEC_CONFIG_PAYLOAD_REF_COUNT]; memset(&buf, 0, sizeof(buf)); memset(&shm, 0, sizeof(shm)); memset(&buf_data, 0, sizeof(buf_data)); if (!ctx || !session) { eorig = TEEC_ORIGIN_API; res = TEEC_ERROR_BAD_PARAMETERS; goto out; } buf_data.buf_ptr = (uintptr_t)&buf; buf_data.buf_len = sizeof(buf); arg = &buf.arg; arg->num_params = TEEC_CONFIG_PAYLOAD_REF_COUNT; params = (struct tee_ioctl_param *)(arg + 1); uuid_to_octets(arg->uuid, destination); setup_client_data(arg, connection_method, connection_data); res = teec_pre_process_operation(ctx, operation, params, shm); if (res != TEEC_SUCCESS) { eorig = TEEC_ORIGIN_API; goto out_free_temp_refs; } rc = ioctl(ctx->imp.fd, TEE_IOC_OPEN_SESSION, &buf_data); if (rc) { EMSG("TEE_IOC_OPEN_SESSION failed"); eorig = TEEC_ORIGIN_COMMS; res = ioctl_errno_to_res(errno); goto out_free_temp_refs; } res = arg->ret; eorig = arg->ret_origin; if (res == TEEC_SUCCESS) { session->imp.ctx = ctx; session->imp.session_id = arg->session; } teec_post_process_operation(operation, params, shm); out_free_temp_refs: teec_free_temp_refs(operation, shm); out: if (ret_origin) *ret_origin = eorig; return res; }

• 功能：与TEE中的可信应用（TA）建立会话；
• 核心步骤：

1. 构造tee_ioctl_open_session_arg参数（TA的UUID、客户端登录方式、参数列表）；
2. 预处理操作参数（转换为TEE内核可识别的格式，见下文参数处理）；
3. 通过TEE_IOC_OPEN_SESSION ioctl发送会话打开请求；
4. 后处理参数（将TEE返回的数据拷贝回用户空间）；
5. 记录会话ID，返回执行结果。

void TEEC_CloseSession(TEEC_Session *session) { struct tee_ioctl_close_session_arg arg; memset(&arg, 0, sizeof(arg)); if (!session) return; arg.session = session->imp.session_id; if (ioctl(session->imp.ctx->imp.fd, TEE_IOC_CLOSE_SESSION, &arg)) EMSG("Failed to close session 0x%x", session->imp.session_id); }

• 功能：关闭TEE会话，通过TEE_IOC_CLOSE_SESSION ioctl通知TEE内核。

TEEC_Result TEEC_InvokeCommand(TEEC_Session *session, uint32_t cmd_id, TEEC_Operation *operation, uint32_t *error_origin) { struct tee_ioctl_invoke_arg *arg = NULL; struct tee_ioctl_param *params = NULL; TEEC_Result res = TEEC_ERROR_GENERIC; uint32_t eorig = 0; int rc = 0; const size_t arg_size = sizeof(struct tee_ioctl_invoke_arg) + TEEC_CONFIG_PAYLOAD_REF_COUNT * sizeof(struct tee_ioctl_param); union { struct tee_ioctl_invoke_arg arg; uint8_t data[arg_size]; } buf; struct tee_ioctl_buf_data buf_data; TEEC_SharedMemory shm[TEEC_CONFIG_PAYLOAD_REF_COUNT]; memset(&buf, 0, sizeof(buf)); memset(&buf_data, 0, sizeof(buf_data)); memset(&shm, 0, sizeof(shm)); if (!session) { eorig = TEEC_ORIGIN_API; res = TEEC_ERROR_BAD_PARAMETERS; goto out; } buf_data.buf_ptr = (uintptr_t)&buf; buf_data.buf_len = sizeof(buf); arg = &buf.arg; arg->num_params = TEEC_CONFIG_PAYLOAD_REF_COUNT; params = (struct tee_ioctl_param *)(arg + 1); arg->session = session->imp.session_id; arg->func = cmd_id; if (operation) { teec_mutex_lock(&teec_mutex); operation->imp.session = session; teec_mutex_unlock(&teec_mutex); } res = teec_pre_process_operation(session->imp.ctx, operation, params, shm); if (res != TEEC_SUCCESS) { eorig = TEEC_ORIGIN_API; goto out_free_temp_refs; } rc = ioctl(session->imp.ctx->imp.fd, TEE_IOC_INVOKE, &buf_data); if (rc) { EMSG("TEE_IOC_INVOKE failed"); eorig = TEEC_ORIGIN_COMMS; res = ioctl_errno_to_res(errno); goto out_free_temp_refs; } res = arg->ret; eorig = arg->ret_origin; teec_post_process_operation(operation, params, shm); out_free_temp_refs: teec_free_temp_refs(operation, shm); out: if (error_origin) *error_origin = eorig; return res; }

• 功能：向已建立的TEE会话发送命令（调用TA的接口）；
• 逻辑：

1. 构造tee_ioctl_invoke_arg参数（会话ID、命令ID、参数列表）；
2. 预处理操作参数，保证线程安全（关联operation与session）；
3. 通过TEE_IOC_INVOKE ioctl发送命令；
4. 后处理参数，返回TEE的执行结果和错误来源。

void TEEC_RequestCancellation(TEEC_Operation *operation) { TEEC_Session *session = NULL; struct tee_ioctl_cancel_arg arg; memset(&arg, 0, sizeof(arg)); if (!operation) return; teec_mutex_lock(&teec_mutex); session = operation->imp.session; teec_mutex_unlock(&teec_mutex); if (!session) return; arg.session = session->imp.session_id; arg.cancel_id = 0; if (ioctl(session->imp.ctx->imp.fd, TEE_IOC_CANCEL, &arg)) EMSG("TEE_IOC_CANCEL: %s", strerror(errno)); }

• 功能：取消正在执行的TEE操作，通过TEE_IOC_CANCEL ioctl通知TEE内核。

• 转换参数类型为TEE内核定义的tee_ioctl_param格式；
• 处理内存引用：分配临时共享内存、拷贝用户数据到影子缓冲区；
• 校验参数合法性（如偏移+大小不超过共享内存范围）。

• 将TEE返回的结果（如输出内存数据、值参数）拷贝回用户空间；
• 更新用户传入的参数结构体（如内存大小、值参数的a/b字段）。

• 释放临时内存引用分配的共享内存，避免内存泄漏。

• 将系统调用错误码（如ENOMEM、EINVAL）转换为GP标准的TEEC错误码（如TEEC_ERROR_OUT_OF_MEMORY、TEEC_ERROR_BAD_PARAMETERS）。

• 将TEEC_UUID结构体转换为TEE内核要求的字节数组格式。

• 设置客户端登录方式（如公共登录、用户登录、组登录），填充会话的客户端身份信息。

1. TEE设备交互：遍历并打开兼容的TEE设备，验证TEE兼容性；
2. 共享内存管理：支持注册用户内存、分配TEE内存，处理内存对齐和只读内存问题（影子缓冲区）；
3. 会话生命周期：与TA建立/关闭会话，传递客户端身份信息；
4. 命令调用：向TA发送命令，处理多类型参数的转换与数据拷贝；
5. 线程安全：通过互斥锁保证多线程访问TEE资源的安全性；
6. 错误标准化：将系统错误转换为GP标准错误码，便于上层应用处理。

1. TEEC_InitializeContext → 初始化TEE上下文 2. TEEC_AllocateSharedMemory/RegisterSharedMemory → 分配/注册共享内存 3. TEEC_OpenSession → 与TA建立会话 4. TEEC_InvokeCommand → 调用TA的命令（传递参数、共享内存） 5. TEEC_CloseSession → 关闭会话 6. TEEC_ReleaseSharedMemory → 释放共享内存 7. TEEC_FinalizeContext → 销毁上下文