linux库打桩 《深入理解计算机系统 第七章》

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概述

搞一个包装，把c库函包起来，同时顺带加上自己的私货。
抄的如下链接，作者总结的挺好，不过代码有编译错误等问题。这里修正一下，所有的代码都能直接跑
https://blog.csdn.net/liangzc1124/article/details/104974649

编译时打桩

直接自己写个库函数调用，加上私货包起来，再用宏把库函数里面的实现，给替换成自己的实现

建立包装函数

建立mymalloc.c文件,定义需要的包装函数mymalloc和myfree.

#ifdef COMPILETIME
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

void *mymalloc(size_t size)
{
    void *ptr = malloc(size);
    printf("malloc(%d)=%p\n", size, ptr);
    return ptr;
}

void myfree(void *ptr)
{
    free(ptr);
    printf("free(%p)\n", ptr);
}

#endif

建立头文件 malloc.h

该文件向预处理器指明用mymalloc.c中的包装函数替换库里的目标函数，需要在gcc编译的时候，让编译器优先去用这个 .h

#define malloc(size) mymalloc(size)
#define free(ptr) myfree(ptr)

void *mymalloc(size_t size);
void myfree(void *ptr);

建立自己的程序文件

建立文件myprog.c,并在其中正常调用malloc函数

#include <stdio.h>
#include "mymalloc.h"

int main(void)
{
    int *p = malloc(32);
    free(p);
    return 0;
}

编译链接

gcc -c -DCOMPILETIME  mymalloc.c
gcc -I. mymalloc.o -o myprog myprog.c

-I.:指示C预处理器在搜索通常的系统目录前,先在当前目录中查找malloc.h

链接时打桩

wrap是一种非常常见的打桩方法

-Wl,option:将option传递给链接器。
option中的每个逗号都要用空格来替换
所以-Wl,--wrap,malloc意味着把--wrap malloc传递给链接器。

当链接器看到 --warp ABC （ABC代表任何字符串）选项的时候，会去所有的文件下去寻找 ABC，然后把 ABC 换成 __warp_ABC

之后把所有的 __real_ABC 换成正常的 ABC

包装函数

创建mymalloc.c文件，定义包装函数

#include <stdio.h>

void *__real_malloc(size_t size);
void __real_free(void *ptr);

//定义malloc 包装函数
void *__wrap_malloc(size_t size)
{
    void *ptr = __real_malloc(size);    //调用标准库里的malloc
    printf("malloc(%d) = %p\n", (int)size, ptr);
    return ptr;
}

//定义free 包装函数
void __wrap_free(void *ptr)
{
    __real_free(ptr);     //调用标准库里的free
    printf("free(%p) = %p\n",  ptr);
}

建立程序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
    int *p = malloc(32);
    free(p);
    return 0;
}

编译链接

gcc -c mymalloc.c
gcc  -c myprog.c
gcc -Wl,--wrap,malloc -Wl,--wrap,free -o myprog myprog.o mymalloc.o

或者直接

gcc -Wl,--wrap,malloc -Wl,--wrap,free -o myprog myprog.c mymalloc.c

运行时打桩

编译时打桩需要访问程序的源代码，而链接时需要访问可重定位目标文件。那有没有一种办法让仅仅访问可执行目标就能达到同样的目的呢？我们可以利用基于动态链接器的LD_PRELOAD环境变量来实现。

当你将LD_PRELOAD环境变量设置为一个共享路径名的列表（以空格或分号分开），那么在运行一个程序时，动态链接器（LD-LINUX.SO）会先搜索列表里的库，然后才搜素系统其它库。

利用这个原理，你可以对任何共享库中的任何函数打桩，包括libc.so。

建立包装函数文件

下面建立mymalloc.c文件，其中定义了malloc和free的包装函数。每个包装函数中，利用dlsym调用libc中的标准函数。

#define  _GNU_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dlfcn.h>

//定义malloc 包装函数
void *malloc(size_t size)
{
    void *(*mallocp)(size_t size);
    char *error;

    //获得libc中malloc函数的地址
    mallocp = dlsym(RTLD_NEXT, "malloc");
    if((error = dlerror()) != NULL){
        fputs(error, stderr);
        exit(1);
    }

    //利用函数指针间接调用libc中的malloc函数
    char *ptr = mallocp(size);

    printf("malloc()");

    return ptr;
}


//定义free 包装函数
void free(void *ptr)
{
    void (*freep)(void *) = NULL;
    char *error;

    if(!ptr) {
        return;
    }

    //获得libc中free函数的地址
    freep = dlsym(RTLD_NEXT, "free");
    if((error = dlerror()) != NULL){
        fputs(error, stderr);
        exit(1);
    }

    freep(ptr);  //利用函数指针间接调用libc中的free函数
    printf("free(%p)\n",  ptr);
}

建立自己的程序文件

建立文件myprog.c,并在其中正常调用malloc函数.

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

int main(void)
{
    int *p = malloc(32);
    free(p);
    return 0;
}

编译包含包装函数的共享库

  gcc -shared -fpic -o mymalloc.so mymalloc.c -ldl

-fpic：（position independent code）指示生成位置无关的目标文件;编译共享库时该参数为必选！
-shared：指示编译器生成一个共享目标文件。
-ldl：指示链接器链接到 libdl.so 共享库。

编译与运行主程序

 gcc -o myprog myprog.c

编译时打桩，必须要能访问程序的源代码，然后重新编译
链接时打桩，必须要能访问程序的可重定位文件.o，然后重新链接。
基于动态链接器的 LD_PRELOAD 环境变量，我们能用这个机制，只访问可执行文件.out就可以库打桩

如果 LD_PRELOAD 环境变量被设置为一个共享库路径名的列表（空格或者分号分隔），那么当你加载和执行一个程序，需要解析未定义的引用时，动态链接器会先搜索 LD_PRELOAD库，然后才搜索任何其他的库。

通过这个机制，当我们加载和执行可执行文件时，可以对任何共享库中的任何函数打桩，包括libc.so

LD_PRELOAD环境变量并且运行

 LD_PRELOAD="./mymalloc.so" ./myprog

以为这就完事了么，如果按照上面的代码来操作，最后一步一定会coredump

而且会正好挂在 malloc 的 printf("malloc")那一行

原因：printf 会调用 printf malloc，当场进行一个死循环

另外提个问题：为什么wrap链接的时候，我的程序就能正常运行，而不是coredump，但是动态链接的时候就会coredump呢？

因为链接的时候，wrap替换是看不到printf内部的，这个时候libc参与链接，只是把printf这个符号扔给了程序，想看到内部，必须等到程序运行的时候，程序自己看到了printf，主动找libc.so获取内容的时候才行。所以wrap并不会去替换libc.so里面的东西。

但动态链接不一样，LD_PRELOAD="./mymalloc.so" ./myprog 这句话的意思是，先不要看别的so，优先去看 mymalloc.so，从这里面去找函数的实现。然后这个so还会去 libc.so 里面去找printf的实现，这样就直接套娃了，printf去找malloc，malloc又是优先被 mymalloc.so定义的，无限循环。

情景训练场景一

已有一个 libadd.so，内有符号add(int size)，同时被main和libadd.so内的其他符号引用，不重新编译liba.so的情况下对add进行打桩

搞4个文件：
两个add_test文件做成libadd.so
一个myprog文件放main函数
一个my_add文件放wrap

上代码

libadd_test1.c

#include <stdio.h>

int add(int a, int b)
{
    return a + b;
}

libadd_test2.c

#include <stdio.h>

int add(int a, int b);

int Calculation()
{
    int a = 10;
    int b = 10;

    int ret = add(a , b);
}

myprog.c

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdbool.h>
#include <dlfcn.h>

int add(int a, int b);

int main()
{
    int a = 1;
    int b = 1;

    int ret = add(a, b);

    return 0;
}

my_add.c

#include <stdio.h>

int __real_add(int a, int b);

int __wrap_add(int a, int b)
{
    int ret = __real_add(a, b);
    printf("add result=%d\n", ret);
    return ret;
}

运行

生成so

gcc -shared -fpic -o libadd.so libadd_test1.c libadd_test2.c

wrap并链接，生成可执行程序

gcc -Wl,--wrap,add -o myprog myprog.c my_add.c  -ldl  -rdynamic -L. -ladd

运行时需要指定动态库的路径

LD_LIBRARY_PATH=`pwd` ./myprog

如果你链接的时候直接指定就链这个 libadd.so，那么可以直接运行，但是假设有多个so，最好还是用目录的方法

gcc -Wl,--wrap,add -o myprog myprog.c my_add.c  -ldl  -rdynamic ./libadd.so
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