bpftrace动态追踪golang应用-函数内联问题

在上一篇文章的golang代码中，函数add的上一行，增加了一条注释语句： //go:noinline 。在bpftrace追踪时，是否可以去掉？有什么作用？

为了说明该问题，设计一个例子。

golang代码中，有两个求和函数。其中，add1加上 //go:noinline ，另一个add2不加。代码如下：

bpftrace程序分别对函数add1和add2的输入参数、返回值进行追踪，代码如下：

执行程序后，可以看到bpftrace程序能够正常追踪到函数add1，但是无法追踪到函数add2。

通过上文中的示例代码，可以看到，没有加 //go:noinline 的函数无法被bpftrace程序追踪到。通过查阅golang相关文档，可以知道， //go:noinline 表示该函数在编译时，不会被内联。

使用 objump -S 生成golang程序的汇编代码如下：

通过汇编代码，我们可以看到，主函数中，地址 0x498e52 处 callq 498e00 调用了add1函数，地址 0x498ebb 处 movq $0x4,(%rsp) 直接计算求值。

因此，golang编译器在编译代码时，会对代码进行分析，并按照内联规则，将某些函数生成内联代码。一旦函数被内联，bpftrace将无法追踪到对应函数。也就是，上文中函数 add2 无法被追踪到。

针对golang程序中编译器内联的问题，可以通过禁止内联的方式来解决。禁止内联的方式有：

在实践中，可以通过 go build -gcflags="-m -m" 来查看，哪些函数会在编译时执行内联，如：

从输出中，可以看到：

关于golang编译器进行内联的场景，可以参考golang源码：https://github.com/golang/go/blob/master/src/cmd/compile/internal/inline/inl.go。

由于golang编译器内联优化，bpftrace可能无法正常追踪golang程序。在编写bpftrace脚本时，可以先使用 nm 命令查看一下可执行程序，是否存在需要追踪的函数的符号信息。如果没有则bpftrace将不能对其进行追踪。

前面的示例中，都是对 int 类型的参数进行追踪，那对于 string 类型的参数，是否也可以用同样的方式进行追踪？将在下一篇中进行讨论。

你不记得如何在代码中插入探针点了吗？ 没问题！了解如何使用uprobe和kprobe来动态插入它们吧。 基本上，程序员需要在源代码汇编指令的不同位置插入动态探针点。

探针点

探针点是一个调试语句，有助于探索软件的执行特性（即，执行流程以及当探针语句执行时软件数据结构的状态）。printk是探针语句的最简单形式，也是黑客用于内核攻击的基础工具之一。

因为它需要重新编译源代码，所以printk插入是静态的探测方法。内核代码中重要位置上还有许多其他静态跟踪点可以动态启用或禁用。 Linux内核有一些框架可以帮助程序员探测内核或用户空间应用程序，而无需重新编译源代码。Kprobe是在内核代码中插入探针点的动态方法之一，并且uprobe在用户应用程序中执行此 *** 作。

使用uprobe跟踪用户空间

可以通过使用thesysfs接口或perf工具将uprobe跟踪点插入用户空间代码。

使用sysfs接口插入uprobe

考虑以下简单测试代码，没有打印语句，我们想在某个指令中插入探针：

[source,c\n.test.c

#include <stdio.h>\n#include <stdlib.h>\n#include <unistd.h>

编译代码并找到要探测的指令地址：

# gcc -o test test.\n# objdump -d test

假设我们在ARM64平台上有以下目标代码：

0000000000400620 <func_1>: 400620\t90000080\tadr\tx0, 410000 <__FRAME_END__+0xf6f8>

并且我们想在偏移量0x620和0x644之间插入探针。执行以下命令：

# echo 'p:func_2_entry test:0x620' >/sys/kernel/debug/tracing/uprobe_event\n# echo 'p:func_1_entry test:0x644' >>/sys/kernel/debug/tracing/uprobe_event\n# echo 1 >/sys/kernel/debug/tracing/events/uprobes/enable# ./test&

在上面的第一个和第二个echo语句中，p告诉我们这是一个简单的测试。（探测器可以是简单的或返回的。）func_n_entry是我们在跟踪输出中看到的名称，名称是可选字段，如果没有提供，我们应该期待像p_test_0x644这样的名字。test 是我们要插入探针的可执行二进制文件。如果test 不在当前目录中，则需要指定path_to_test / test。

0x620或0x640是从程序启动开始的指令偏移量。请注意>>在第二个echo语句中，因为我们要再添加一个探针。所以，当我们在前两个命令中插入探针点之后，我们启用uprobe跟踪，当我们写入events/ uprobes / enable时，它将启用所有的uprobe事件。程序员还可以通过写入在该事件目录中创建的特定事件文件来启用单个事件。一旦探针点被插入和启用，每当执行探测指令时，我们可以看到一个跟踪条目。

读取跟踪文件以查看输出：

# cat /sys/kernel/debug/tracing/trac\n# tracer: no\n\n# entries-in-buffer/entries-written: 8/8\n#P:\n\n# _-----=>irqs-of\n# / _----=>need-resche\n# | / _---=>hardirq/softir\n# || / _--=>preempt-dept\n# ||| / dela\n# TASK-PID CP\n# |||| TIMESTAMP FUNCTION# | | | |||| | |

我们可以看到哪个CPU完成了什么任务，什么时候执行了探测指令。

返回探针也可以插入指令。当返回该指令的函数时，将记录一个条目：

# echo 0 >/sys/kernel/debug/tracing/events/uprobes/enabl\n# echo 'r:func_2_exit test:0x620' >>/sys/kernel/debug/tracing/uprobe_event\n# echo 'r:func_1_exit test:0x644' >>/sys/kernel/debug/tracing/uprobe_event\n# echo 1 >/sys/kernel/debug/tracing/events/uprobes/enable

这里我们使用r而不是p，所有其他参数是相同的。请注意，如果要插入新的探测点，需要禁用uprobe事件：

test-3009 [002] .... 4813.852674: func_1_entry: (0x400644)

上面的日志表明，func_1返回到地址0x4006b0，时间戳为4813.852691。

# echo 0 >/sys/kernel/debug/tracing/events/uprobes/enabl\n# echo 'p:func_2_entry test:0x630' >/sys/kernel/debug/tracing/uprobe_events count=%x\n# echo 1 >/sys/kernel/debug/tracing/events/uprobes/enabl\n# echo >/sys/kernel/debug/tracing/trace# ./test&

当执行偏移量0x630的指令时，将打印ARM64 x1寄存器的值作为count =。

输出如下所示：

test-3095 [003] .... 7918.629728: func_2_entry: (0x400630) count=0x1

使用perf插入uprobe

找到需要插入探针的指令或功能的偏移量很麻烦，而且需要知道分配给局部变量的CPU寄存器的名称更为复杂。 perf是一个有用的工具，用于帮助引导探针插入源代码中。

除了perf，还有一些其他工具，如SystemTap，DTrace和LTTng，可用于内核和用户空间跟踪；然而，perf与内核配合完美，所以它受到内核程序员的青睐。

# gcc -g -o test test.c# perf probe -x ./test func_2_entry=func_\n# perf probe -x ./test func_2_exit=func_2%retur\n# perf probe -x ./test test_15=test.c:1\n# perf probe -x ./test test_25=test.c:25 numbe\n# perf record -e probe_test:func_2_entry -e\nprobe_test:func_2_exit -e probe_test:test_15\n-e probe_test:test_25 ./test

如上所示，程序员可以将探针点直接插入函数start和return，源文件的特定行号等。可以获取打印的局部变量，并拥有许多其他选项，例如调用函数的所有实例。 perf探针用于创建探针点事件，那么在执行./testexecutable时，可以使用perf记录来探测这些事件。当创建一个perf探测点时，可以使用其他录音选项，例如perf stat，可以拥有许多后期分析选项，如perf脚本或perf报告。

使用perf脚本，上面的例子输出如下：

# perf script

使用kprobe跟踪内核空间

与uprobe一样，可以使用sysfs接口或perf工具将kprobe跟踪点插入到内核代码中。

使用sysfs接口插入kprobe

程序员可以在/proc/kallsyms中的大多数符号中插入kprobe；其他符号已被列入内核的黑名单。还有一些与kprobe插入不兼容的符号，比如kprobe_events文件中的kprobe插入将导致写入错误。 也可以在符号基础的某个偏移处插入探针，像uprobe一样，可以使用kretprobe跟踪函数的返回，局部变量的值也可以打印在跟踪输出中。

以下是如何做：

disable all events, just to insure that we see only kprobe output in trace\n# echo 0 >/sys/kernel/debug/tracing/events/enabledisable kprobe events until probe points are inseted\n# echo 0 >/sys/kernel/debug/tracing/events/kprobes/enableclear out all the events from kprobe_events\n to insure that we see output foronly those for which we have enabled

[root@pratyush ~\n# more /sys/kernel/debug/tracing/trace# tracer: no\n\n# entries-in-buffer/entries-written: 9037/9037\n#P:8\n# _-----=>irqs-of\n# / _----=>need-resche\n# | / _---=>hardirq/softirq#\n|| / _--=>preempt-depth#\n ||| / delay# TASK-PID CPU#\n |||| TIMESTAMP FUNCTION#\n | | | |||| | |

使用perf插入kprobe

与uprobe一样，程序员可以使用perf在内核代码中插入一个kprobe，可以直接将探针点插入到函数start和return中，源文件的特定行号等。程序员可以向-k选项提供vmlinux，也可以为-s选项提供内核源代码路径：

# perf probe -k vmlinux kfree_entry=kfre\n# perf probe -k vmlinux kfree_exit=kfree%retur\n# perf probe -s ./ kfree_mid=mm/slub.c:3408 \n# perf record -e probe:kfree_entry -e probe:kfree_exit -e probe:kfree_mid sleep 10

使用perf脚本，以上示例的输出：

关于Linux命令的介绍，看看《linux就该这么学》，具体关于这一章地址3w(dot)linuxprobe/chapter-02(dot)html

把目标软件调入运行，而通过这些分析软件，目标软件的运行就非常清楚的显示在破解者的面前，在这个过程中，目标软件是运行着的，而且还可以通过分析软件让它暂停运行，以方便对相关的数据进行分析，有时为了能够更好的分析，还可以让目标软件一行代码一行代码的运行，以方便对一些变量和寄存器的数值变化进行更好的监控。

像这样的分析方式，我们就称之为动态的，也就是常说的动态跟踪，动态编译，动态反编译，动态破解，关键字还是在动态上面。

---