zhejiang wenzhou skinshoe wet, rain flooding water will not fat.
昨天我发了一篇关于替换运行中的内核函数的文章：
Linux内核如何替换内核函数并调用原始函数 ：https://blog.csdn.net/dog250/article/details/84201114
晚上回去有朋友在朋友圈回复了我关于 “函数开头5字节跳转” 的事。今天正好要确认一个与此相关的细节，就顺便又把这问题重新撸了一遍。
其实起初我也很纳闷，以前不都是0x55开头的指令吗？怎么现在这种call self或者lea 0x0(%rsp),%rsp套路却都成了惯例。…
关于5字节跳转，说的是下面的情况：
0000000000000380 <ipv4_conntrack_in>:
380: e8 00 00 00 00 callq 385 <ipv4_conntrack_in+0x5>
385: 55 push %rbp
386: 49 8b 40 18 mov 0x18(%r8),%rax
请注意函数最开头的5个字节：
e8 00 00 00 00 callq 385 <ipv4_conntrack_in+0x5>
可见，它实际上call的是紧接着它下面的地址，所以说这个5字节的call指令其实是 没有用 的！
仔细看一下这5个字节，思考一下它到底有什么用。
- 我们可以任意将它替换成 jmp $4字节相对偏移
这样，代码指令流就会进入我们自己的HOOK函数里了。
当然了，关于 “e8 00 00 00 00 callq …” 这个有很多话可以讲，比如和Link相联系的时候就比较有意思了，它可是作为一个桩指令存在。这个和HOOK无关，也不再说太多。
让我觉得最有意思的是，昨天那位朋友提到了微软的/hotpatch编译选项，我大致看了一下：
/hotpatch (Create Hotpatchable Image)：https://docs.microsoft.com/en-us/cpp/build/reference/hotpatch-create-hotpatchable-image?view=vs-2017
When /hotpatch is used in a compilation, the compiler ensures that first instruction of each function is at least two bytes, which is required for hot patching.
这是一个很有意思的选项，其实编译器提供这个机制也是举手之劳吧，虽然简单，但它确实为程序员HOOK运行中的函数提供了很大的方便。
/hotpatch的实质其实就是在函数的开头和结尾填充了一些无关紧要的指令，方便HOOK来用自己的jmp指令覆盖这个无关紧要的指令。比如下面是一个函数的开头：
380: 90
381: 90
382: 90
383: 90
384: 90
385: 55 push %rbp
386: 49 8b 40 18 mov 0x18(%r8),%rax
38a: 48 89 f1 mov %rsi,%rcx
38d: 8b 57 2c mov 0x2c(%rdi),%edx
390: be 02 00 00 00 mov $0x2,%esi
0x90代表一个nop指令，即 “什么也不做”的意思，如此一来，程序员便非常容易将类似下面的指令插入到函数开头了：
380: e9 11 22 33 44 jmp 0x44332211
385: 55 push %rbp
386: 49 8b 40 18 mov 0x18(%r8),%rax
38a: 48 89 f1 mov %rsi,%rcx
38d: 8b 57 2c mov 0x2c(%rdi),%edx
390: be 02 00 00 00 mov $0x2,%esi
无需任何额外的指令保存动作。
既然微软的编译器有这个功能可用，GCC有没有呢？看了GCC的manual，发现了一个-mhotpatch=x,y的选项，但是在x86平台不能用，还是比较不爽的。
后来发现了在编写函数的时候，可以加上下面的属性，然后编译器就可以将其编译成带有填充的指令了：
__attribute__ ((ms_hook_prologue))
那么，简单来用一下，看看效果咯。
由于时间并不是很多，我也没有那么多精力去应对不断的panic，所以这次准备在用户态搞。
由于用户态可以直接使用mprotect函数更改内存的使用权限，所以就不需要那个stub函数了。今天的这个例子，原理图如下：
加上ms_hook_prologue属性修饰的函数，编译好了之后，你会在函数最开头两行找到下面的 废指令 ：
00000000004004ed <func>:
4004ed: 48 8d a4 24 00 00 00 lea 0x0(%rsp),%rsp
4004f4: 00
4004f5: 55 push %rbp
随意替换之就好。所以对于这个例子，上面图示里的n的值就是5.
此外，上图中，我们的一个指令buffer不再是一个stub函数，而真的就是一块分配的内存，所以我们需要给它加上EXEC权限，不然会segment fault。这个在内核模块中是不能直接做的，因为分配带有EXEC权限的module_alloc并没有导出，所以如若想用它，则必须通过kallsyms_lookup_name的内省方式来做。
再一个需要注意的是，由于指令buffer是在堆上分配的，在64位系统上，它的位置和函数代码的位置之差会超过4个字节界定的相对偏移，所以就不能用0xe9+4字节相对偏移来jmp了，而要通过64位绝对地址来跳转了，指令如下：
48 b8 88 77 66 55 44 33 22 11 mov rax, 0x1122334455667788
ff e0 jmp rax
好了，说了这么多，该上代码了：
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
// 保存原始函数的指针
void (*ptr_func)(int a);
// ms_hook_prologue修饰的函数，便于hook
__attribute__ ((ms_hook_prologue))
void func(int a)
{
printf("orig %d\n", a);
}
// 自己的hook函数
void my_func(int a)
{
a += 2;
printf("my %d\n", a);
// 调用原始函数
ptr_func(a);
}
// 需要在func前面插入一个jmp $4字节偏移 的指令，一共5个字节
char jump[5] = {0};
int main()
{
long loffset;
int offset;
char *inst_buf;
void *page = (void *)((unsigned long)func & ~0xfff);
// 为func所在的页面增加可写权限
mprotect(page, 8, PROT_WRITE|PROT_EXEC);
// 这些操作和内核版本的hook一致
jump[0] = 0xe9;
offset = (int)((long)my_func - (long)func - 5);
(*(int*)(&jump[1])) = offset;
memcpy(func, jump, 5);
// 分配一个带有EXEC权限的buffer，里面将保存指令
inst_buf = mmap(NULL, 1024, PROT_READ|PROT_EXEC|PROT_WRITE, MAP_ANON|MAP_PRIVATE, -1, 0);
// 拼接mov rax, 0x1122334455667788;jmp rax指令
inst_buf[0] = 0x48;
inst_buf[1] = 0xb8;
loffset = (long)func + 4;
(*(long*)(&inst_buf[2])) = loffset;
inst_buf[10] = 0xff;
inst_buf[11] = 0xe0;
// 指定inst_buf为原始函数指针
ptr_func = inst_buf;
// 调用！！
func(2);
}
结果当然是先调用自己的hook函数，然后再调用原始函数咯：
[root@localhost hotpatch]# ./a.out
my 4
orig 4
为什么不用kprobe机制呢？kprobe的原理是 为了灵活性，使用int 3指令替换被hook的指令。 这样就可以任意编写pre/post回调函数了，但是我们也能看出来，通过int方式来hook，对效率的影响是不能忽略，特别是对于那些频繁被调用的函数，kprobe更加不可行。
kprobe非常适合做问题排查，热点分析，但不好在生产环境跑的。
其实，本文所描述的hotpatch原理还可以做的更好些，达到 在任意点插入自己的逻辑的目的，包括在函数的内部。 这样可以达到和kprobe相同的效果。当然，这需要对运行中的二进制指令序列做相对周密详细的分析。
这里还有一篇关于hotpatch的文章，比我这篇好，可以看一下：
Hotpatching a C Function on x86 ：https://nullprogram.com/blog/2016/03/31/
补充说明一下，朋友圈有高手最新评论，让我又知道了些新东西：
- nop指令的实现方式有很多种，比如mov edi edi。可能很多平台并没有类似独立的0x90指令吧。不过既然有，那还是0x90纯粹些。
- kprobe也不全部一来int 3，只有return hook的场景才依赖int 3，其它的也可以做jmp hook。
- 线程安全，原子化操作也是生产环境必须考虑的，不然就是玩具。
浙江温州皮鞋湿，下雨进水不会胖。