如何在Linux上重新实现（或包装）系统调用函数？

Question

假设我想完全接管open()系统调用，可能是为了包装实际的syscall并执行一些日志记录。 一种方法是使用LD_PRELOAD 加载一个（用户制作的）共享对象库，以接管open()入口点。

用户制作的open()例程然后通过dlsym()获取指向glibc函数open()的指针，并调用它。

上述提出的解决方案是一种动态解决方案。但是假设我要静态链接自己的open()包装器。我该怎么办？我猜机制是相同的，但我也猜测用户定义的open()和libc open()之间会发生符号冲突。

请分享任何其他实现相同目标的技术。

- Stefano Borini

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你在代码中加一个包装函数/宏怎么样？ - Seamus Connor

@Seamus：我更喜欢不使用宏。我并没有真正的问题。我只是想增加一些 SO 知识并学习一些新技巧。 - Stefano Borini

Answer 1

你可以使用由ld提供的包装（wrap）功能。从 man ld 中可以看到：

--wrap symbol 使用symbol的包装函数。任何未定义的对于 symbol 的引用将被解析为__wrap_symbol。

任何未定义的对于__real_symbol的引用将被解析为symbol。

因此，你只需要在你的包装函数中添加前缀__wrap_，同时在想要调用真实函数时使用__real_前缀。以下是一个简单的例子： malloc_wrapper.c:

#include <stdio.h>
void *__real_malloc (size_t);

/* This function wraps the real malloc */
void * __wrap_malloc (size_t size)
{
    void *lptr = __real_malloc(size);
    printf("Malloc: %lu bytes @%p\n", size, lptr);
    return lptr;
}

测试应用程序testapp.c：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    free(malloc(1024)); // malloc will resolve to __wrap_malloc
    return 0;
}

然后编译应用程序：

gcc -c malloc_wrapper.c
gcc -c testapp.c
gcc -Wl,-wrap,malloc testapp.o malloc_wrapper.o -o testapp

生成的应用程序输出结果为：

$ ./testapp
Malloc: 1024 bytes @0x20d8010

- Giuseppe Cardone

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似乎调用malloc的函数无法进行动态链接。例如，我编写了一个tools.c，其中包含一个调用malloc的perform_alloc()函数。然后，如果我先制作一个libtools.so，并通过“-ltools”进行动态链接，那么“-Wl,-wrap,malloc”就不起作用了。 - xanpeng

正如在https://dev59.com/R1DTa4cB1Zd3GeqPMdEh中所回答的那样，当在C++程序中使用此代码时，需要在函数定义前加上`extern "C"`前缀。 - MKroehnert

这个函数必须被命名为 __wrap_malloc 吗？还是它可以取一个不同的名字？我的意思是，在包装系统调用时，我们是否必须将函数命名为与实际调用相同的名称？ - Munib

@return0: 正如 man ld 所示，符号必须具有前缀 __wrap_ 和 __real_。 - Giuseppe Cardone

Answer 2

符号是按照在命令行上列出的顺序由链接器解析的，因此如果您在标准库之前列出了您的库，则具有优先权。对于gcc，您需要指定：

gcc <BLAH> -nodefaultlibs <BLAH BLAH> -lYOUR_LIB <OTHER_LIBS>

这样，您的库将首先被搜索和找到。

- Paul Rubel

Answer 3

对于Linux和GNU libc，该库内置了拦截和重新实现库中任何函数的支持。

如果您定义了自己的任何libc函数版本，并在libc之前链接它（使其成为可执行文件的一部分，或者在链接命令中在-lc之前链接的库，甚至使用LD_PRELOAD加载，如果libc是动态链接的），那么它将被调用而不是libc版本（甚至是libc本身的其他函数中的调用）。然后，您可以使用__libc_前缀调用该函数以获取库中的实际版本（尽管您需要自己声明该符号）。例如：

       #include <sys/types.h>
       #include <sys/stat.h>
       #include <fcntl.h>

       extern int __libc_open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

       int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode) {
           return __libc_open(pathname, flags, mode);
       }

- Chris Dodd