Libco Hook 机制浅析

Libco Hook 机制浅析

之前的文章里我们提到过 Libco 有一套 Hook 机制，可以通过协程的让出（yield）原语将系统的阻塞系统调用改造为非阻塞的，这篇文章我们将深入解析 Hook 机制到底是怎么运作的

Hook 机制的核心有两点

• 提供自己的实现覆盖标准库（libc.so）的实现
• 在自己实现的代码里要有办法能够调用标准库的实现

也就是说，我们提供的实现其实是标准库实现的 wrapper

为了搞明白 Hook 机制，我们首先要了解 Linux 动态库究竟是怎么运作的

动态库的加载和符号表

动态库是在运行时链接的，这个工作是由动态链接器来完成的（Linux 下是 /lib/ld-linux.so.2 ），主要涉及到的步骤有

• 搜索可执行文件依赖的所有动态库，并将它们加载到进程的虚拟地址空间中
• 做符号解析和重定位
  • 动态库的符号会被加到全局符号表里
• 执行共享对象的初始化代码

如果可执行文件依赖的多个动态库定义了同一个符号时，以先加载的动态库为准，那么如果想要覆盖掉动态库 A 里的符号，最简单的做法就是让我们的库在动态库 A 之前加载，通常使用环境变量 LD_PRELOAD 来实现这点

• LD_PRELOAD 中列出的动态库会在所有其他动态库之前加载，包括 libc.so
  • 不管程序是否依赖于它们，这些库都会被加载
  • 如果我们想要提供自己的 malloc 实现，只需要在自己的动态库里实现 malloc，然后将它加入 LD_PRELOAD 中，这样就会覆盖掉标准库的 malloc 实现

命令 LD_DEBUG=files ./a.out 可以查看动态库的加载顺序和初始化顺序，这两个顺序不一定相同

dlsym

解决了第一个问题，那么剩下的问题就是如何在我们的实现里调用标准库实现了，直接用函数名调用肯定是不行的，那么我们能想到的办法就是能否给标准库的实现改一个名字呢？

为了实现这点，我们需要用到 dlsym 函数， 它的函数原型为

void *dlsym(void *restrict handle, const char *restrict symbol);

dlsym 的原意是用来获得动态加载进来的动态库中的接口（Linux 中的动态库不仅可以在程序启动时加载，还可以在程序运行过程中加载和卸载），其中 handle 是动态库的句柄，symbol 是要搜索的符号

此外，dlsym 还支持两个伪 handle

• RTLD_DEFAULT
  • 按默认搜索顺序搜索第一次出现的 symbol，搜索范围包含全局符号表里的所有符号
    • 程序可执行文件本身的符号
    • 动态链接器加载的动态库中的符号
    • 如果用 dlopen 加载动态库时，指定了 RTLD_GLOBAL选项，那么它的符号也会出现在全局符号表里
• RTLD_NEXT
  • 从当前可执行文件或动态库开始，搜索下一次出现的 symbol
    • 搜索顺序依赖于动态链接库的加载顺序
    • 假设动态链接库的加载顺序是 A -> B -> C -> D，在动态库 B 里调这个接口搜索 symbol1，就会依次去 C 和 D 中搜索 symbol1，返回先找到的 symbol1 地址

利用 RTLD_NEXT 就可以实现我们想要的功能，假设说我们用 LD_PRELOAD 覆盖了标准库 malloc 实现，就可以通过 dlsym 拿到标准库的 malloc 地址（前提是在 libc.so 之前没有其他库定义了 malloc），给它的函数指针起一个其他的名字，就可以在我们的实现里调用标准库 malloc 了

可以看到 Libco 里就是用这种方法拿到所有标准库实现的函数指针

typedef ssize_t (*read_pfn_t)(int fildes, void *buf, size_t nbyte);
static read_pfn_t g_sys_read_func = (read_pfn_t)dlsym(RTLD_NEXT, "read");