linux库打桩

库打桩用于截获对共享库函数的调用，提供一个和库函数原型一致的桩函数，可以替换对原函数的调用，是性能分析工具使用的常见手段。打桩可以发生在编译时、链接时、运行时，这里以malloc为例展现桩函数的应用

1、编译时打桩

// main.c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

int main() {
    int *p = malloc(32);   // 这里被打桩，调用mymalloc.c中的桩函数mymalloc()
    free(p);
    exit(0);
}

//malloc.h
#define malloc(size) mymalloc(size)
void *mymalloc(size_t size);

//mymalloc.c
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

void *mymalloc(size_t size) {
    void *ptr = malloc(size);  // 这里调用的是glibc的malloc
    printf("malloc %u=%p\n", size, ptr);
    return ptr;
}

//编译命令
cc -c mymalloc.c
cc -I. main.c mymalloc.o

这里共有3个文件，一个本地的malloc.h文件通过宏定义的方式在预处理阶段打桩，mymalloc.o编译时使用glibc中的malloc.h，而main.c编译时通过-I参数指定本地目录，预处理阶段先在本地目录下搜索头文件，因此使用的是本地目录中的malloc.h，main.c中的malloc()被替换为mymalloc()，从而实现打桩

2、链接时打桩

linux的静态链接器支持--wrap func 标志进行链接时打桩，这个标志的作用是告诉链接器将对符号func的引用解析成__wrap_func，同时将__real_func的引用解析为func，通过符号替换的方式在链接阶段打桩，mymalloc.c中内容如下：

// mymalloc.c
#include <stdio.h>

void *__real_malloc(size_t size);

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

// 编译命令
cc8 -Wl,--wrap,malloc main.c mymalloc.c

3、运行时打桩

上面两种打桩方式都需要通过自定义的编译指令执行打桩，实际业务场景中往往只有可执行程序的obj文件，没有重新编译的机会，这时就需要运行时打桩机制。运行时打桩机制基于动态链接器的LD_PRELOAD环境变量，若LD_PRELOAD变量被设置为一个共享库路径名的列表，那么加载程序时需要解析为定义的引用时，先在LD_PRELOAD指定的库中查找，然后再查找系统库。malloc.c内容如下：

// mymalloc.c
#define _GNU_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dlfcn.h>

void *malloc(size_t size) {
    void *(*mallocp)(size_t size);
    char *error;
    mallocp = dlsym(RTLD_NEXT, "malloc");
    if ((error = dlerror()) != NULL) {
        fputs(error, stderr);
        exit(-1);
    }
    char *ptr = mallocp(size);
    printf("malloc %u=%p\n", size, ptr);
    return ptr;
}

// 编译命令
cc main.c
cc -shared -fPIC -o mymalloc.so mymalloc.c -ldl
LD_PRELOAD="./mymalloc.so" ./a.out

这里先将mymalloc编译为本地so文件，然后通过带LD_PRELOAD执行a.out