Загрузка файла ELF в C в пользовательском пространстве

Ответ 1

Пожалуйста, предоставьте полный исполняемый код, включая ELF, который вы пытаетесь загрузить. Я потратил время на исправление кода, насколько мог, и, похоже, это работает, по крайней мере, для этого простого кода.

Обратите внимание, что загрузчик также должен быть скомпилирован как 32-битный код, вы не можете загрузить 32-битный файл в 64-разрядный процесс. Кроме того, поскольку вы не загружаете код в исходное место, он должен быть перемещен. Наконец, это должен быть статический двоичный файл, потому что вы не загружаете библиотеки.

Обновить. Ваш код ожидает, что точка входа загруженного кода будет соответствовать прототипу int (*main)(int, char **), который вообще не относится к делу (примечание стороны: main фактически получает третий аргумент, окружающая среда тоже). Ознакомьтесь с начальным состоянием ELF. Если вы вручную создаете макет стека, описанный там, вы должны перейти к точке входа, и это никогда не вернется. В случае программы C вы можете выкопать адрес main и соответствовать прототипу. Однако вы пропустите инициализацию библиотеки C (помните, что ваш код не загружает библиотеку, поэтому загружаемая программа должна быть статически связана), и это может быть проблемой.

Я расширил код с необходимыми битами, чтобы обрабатывать простую программу C, разрешая ссылки на libc и вызывая main.

loader.c:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <libelf.h>
#include <sys/mman.h>
#include <dlfcn.h>

void printk(const char* msg)
{
    fputs(msg, stderr);
}

int is_image_valid(Elf32_Ehdr *hdr)
{
    return 1;
}

void *resolve(const char* sym)
{
    static void *handle = NULL;
    if (handle == NULL) {
        handle = dlopen("libc.so", RTLD_NOW);
    }
    return dlsym(handle, sym);
}

void relocate(Elf32_Shdr* shdr, const Elf32_Sym* syms, const char* strings, const char* src, char* dst)
{
    Elf32_Rel* rel = (Elf32_Rel*)(src + shdr->sh_offset);
    int j;
    for(j = 0; j < shdr->sh_size / sizeof(Elf32_Rel); j += 1) {
        const char* sym = strings + syms[ELF32_R_SYM(rel[j].r_info)].st_name;
        switch(ELF32_R_TYPE(rel[j].r_info)) {
            case R_386_JMP_SLOT:
            case R_386_GLOB_DAT:
                *(Elf32_Word*)(dst + rel[j].r_offset) = (Elf32_Word)resolve(sym);
                break;
        }
    }
}

void* find_sym(const char* name, Elf32_Shdr* shdr, const char* strings, const char* src, char* dst)
{
    Elf32_Sym* syms = (Elf32_Sym*)(src + shdr->sh_offset);
    int i;
    for(i = 0; i < shdr->sh_size / sizeof(Elf32_Sym); i += 1) {
        if (strcmp(name, strings + syms[i].st_name) == 0) {
            return dst + syms[i].st_value;
        }
    }
    return NULL;
}

void *image_load (char *elf_start, unsigned int size)
{
    Elf32_Ehdr      *hdr     = NULL;
    Elf32_Phdr      *phdr    = NULL;
    Elf32_Shdr      *shdr    = NULL;
    Elf32_Sym       *syms    = NULL;
    char            *strings = NULL;
    char            *start   = NULL;
    char            *taddr   = NULL;
    void            *entry   = NULL;
    int i = 0;
    char *exec = NULL;

    hdr = (Elf32_Ehdr *) elf_start;

    if(!is_image_valid(hdr)) {
        printk("image_load:: invalid ELF image\n");
        return 0;
    }

    exec = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC,
                      MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, 0, 0);

    if(!exec) {
        printk("image_load:: error allocating memory\n");
        return 0;
    }

    // Start with clean memory.
    memset(exec,0x0,size);

    phdr = (Elf32_Phdr *)(elf_start + hdr->e_phoff);

    for(i=0; i < hdr->e_phnum; ++i) {
            if(phdr[i].p_type != PT_LOAD) {
                    continue;
            }
            if(phdr[i].p_filesz > phdr[i].p_memsz) {
                    printk("image_load:: p_filesz > p_memsz\n");
                    munmap(exec, size);
                    return 0;
            }
            if(!phdr[i].p_filesz) {
                    continue;
            }

            // p_filesz can be smaller than p_memsz,
            // the difference is zeroe'd out.
            start = elf_start + phdr[i].p_offset;
            taddr = phdr[i].p_vaddr + exec;
            memmove(taddr,start,phdr[i].p_filesz);

            if(!(phdr[i].p_flags & PF_W)) {
                    // Read-only.
                    mprotect((unsigned char *) taddr,
                              phdr[i].p_memsz,
                              PROT_READ);
            }

            if(phdr[i].p_flags & PF_X) {
                    // Executable.
                    mprotect((unsigned char *) taddr,
                            phdr[i].p_memsz,
                            PROT_EXEC);
            }
    }

    shdr = (Elf32_Shdr *)(elf_start + hdr->e_shoff);

    for(i=0; i < hdr->e_shnum; ++i) {
        if (shdr[i].sh_type == SHT_DYNSYM) {
            syms = (Elf32_Sym*)(elf_start + shdr[i].sh_offset);
            strings = elf_start + shdr[shdr[i].sh_link].sh_offset;
            entry = find_sym("main", shdr + i, strings, elf_start, exec);
            break;
        }
    }

    for(i=0; i < hdr->e_shnum; ++i) {
        if (shdr[i].sh_type == SHT_REL) {
            relocate(shdr + i, syms, strings, elf_start, exec);
        }
    }

   return entry;

}/* image_load */

int main(int argc, char** argv, char** envp)
{
    int (*ptr)(int, char **, char**);
    static char buf[1048576];
    FILE* elf = fopen(argv[1], "rb");
    fread(buf, sizeof buf, 1, elf);
    ptr=image_load(buf, sizeof buf);
    return ptr(argc,argv,envp);
}

elf.c:

#include <stdio.h>

int main()
{
    fprintf(stdout, "Hello world! fprintf=%p, stdout=%p\n", fprintf, stdout);
    return 0;
}

тестовый прогон:

$ gcc -m32 -g -Wall -ldl -o loader loader.c
$ gcc -m32 -pie -fPIE -o elf elf.c
$ ./loader elf
Hello world! fprintf=0xf7612420, stdout=0xf770e4c0

Ответ 2

exec = (без знака char *) mmap (NULL, размер,...

Это попытка загрузить исполняемый файл на произвольный адрес. Исполняемый файл не может быть загружен только по адресу, на который он был связан (обычно 0x08048000 в Linux/ix86).

Проблема заключается в том, что вы пытаетесь загрузить программу C (даже простую, которая печатает мир привет).

Если эта программа была динамически связана, это ничего, но просто, и ваш загрузчик имеет гораздо больше возможностей: загрузка и перемещение зависимых разделяемых библиотек, исправление GOT и TLS и т.д. и т.д.

Ответ 3

использование

exec = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC,
                  MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, hdr, 0);

вместо

exec = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC,
                  MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, 0, 0);