c - 我如何在c中在运行时定义一个函数

Question

我正在尝试在arm cpu(cortex a72)中使用c语言在运行时定义和调用函数。为了做到这一点，我实现了如下代码:

#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>

char* ibuf;
int   pbuf = 0;
#define ADD_BYTE(val) do{ibuf[pbuf] = val; pbuf++;} while(0)
void (*routine)(void);

void MakeRoutineSimpleFunc(void)
{
    //nop
    ADD_BYTE(0x00);
    ADD_BYTE(0xf0);
    ADD_BYTE(0x20);
    ADD_BYTE(0xe3);

    //bx lr
    ADD_BYTE(0x1e);
    ADD_BYTE(0xff);
    ADD_BYTE(0x2f);
    ADD_BYTE(0xe1);
}

int main(void)
{
    ibuf = (char*)mmap(NULL, 4 * 1024, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC, MAP_POPULATE | MAP_ANONYMOUS | MAP_PRIVATE, -1, 0);
    MakeRoutineSimpleFunc();
    routine = (void(*)())(ibuf);
    routine();
}

正如你所看到的，在上面的代码中，首先我分配一个可执行内存区域并将其地址分配给ibuf，然后我在ibuf中放入一些简单的指令(“nop”和“bx lr”意味着在arm中返回)然后我尝试通过函数指针调用这个函数。

但是当我想通过函数指针调用函数时，我收到了“段错误”错误。顺便说一句，当我尝试使用 GDB 调试程序运行应用程序时，程序成功运行，没有任何错误。

上面的代码中我遗漏了什么导致“段错误”吗？

我想添加，当我在编译时将上述指令(“nop”和“bx lr”，表示在arm中返回)添加到如下所示的函数时，函数可以正常工作，没有任何错误。

void f2(void)
{
    __asm__ volatile (".byte 0x00, 0xf0, 0x20, 0xe3");
    __asm__ volatile (".byte 0x1e, 0xff, 0x2f, 0xe1");
}

编辑1: 为了检查运行时函数的有效性，我用ghidra反汇编器删除了f2 prolog和epilogue，所以f2的汇编代码如下:

**************************************************************
FUNCTION                     
**************************************************************
undefined FUN_0000083c()
undefined         r0:1           <RETURN>
undefined4        Stack[-0x4]:4  local_4
FUN_0000083c                                    XREF[1]: FUN_00000868:000008a4(c)  
        0000083c 00 f0 20 e3     nop
        00000840 00 f0 20 e3     nop
        00000844 00 f0 20 e3     nop
        00000848 00 f0 20 e3     nop
        0000084c 00 f0 20 e3     nop
        00000850 00 f0 20 e3     nop
        00000854 1e ff 2f e1     bx         lr
        00000858 00 f0 20 e3     nop
        0000085c 00 f0 20 e3     nop
        00000860 00 f0 20 e3     nop
        00000864 00 f0 20 e3     nop

并且它可以再次正常工作。

编辑2: 我想添加的内容可能有助于解决问题，正如我在汇编器中看到的那样，编译器使用“blx r3”指令调用“例程”函数，同时使用“bl'符号名称'”调用其他函数。据我所知，blx 可以将处理器状态从 ARM 更改为 Thumb，反之亦然。这一点会导致问题吗？

编辑3: main 函数的反汇编如下:

**************************************************************
FUNCTION
**************************************************************
int __stdcall main(void)
int               r0:4           <RETURN>
undefined4        Stack[-0xc]:4  local_c                                 XREF[1]:     00010d44(W)  
undefined4        Stack[-0x10]:4 local_10                                XREF[1]:     00010d4c(W)  
                             main                                            XREF[4]:     Entry Point(*), 
                                                                                          _start:00010394(*), 000103a8(*), 
                                                                                          .debug_frame::000000a0(*)  
        00010d34 00 48 2d e9     stmdb      sp!,{ r11 lr }
        00010d38 04 b0 8d e2     add        r11,sp,#0x4
        00010d3c 08 d0 4d e2     sub        sp,sp,#0x8
        00010d40 00 30 a0 e3     mov        r3,#0x0
        00010d44 04 30 8d e5     str        r3,[sp,#local_c]
        00010d48 00 30 e0 e3     mvn        r3,#0x0
        00010d4c 00 30 8d e5     str        r3,[sp,#0x0]=>local_10
        00010d50 22 30 a0 e3     mov        r3,#0x22
        00010d54 07 20 a0 e3     mov        r2,#0x7
        00010d58 01 1a a0 e3     mov        r1,#0x1000
        00010d5c 00 00 a0 e3     mov        r0,#0x0
        00010d60 7d fd ff eb     bl         mmap                                         
        00010d64 00 20 a0 e1     cpy        r2,r0
        00010d68 50 30 9f e5     ldr        r3,[->ibuf]                                      
        00010d6c 00 20 83 e5     str        r2,[r3,#0x0]=>ibuf
        00010d70 48 30 9f e5     ldr        r3,[->ibuf]
        00010d74 00 30 93 e5     ldr        r3,[r3,#0x0]=>ibuf
        00010d78 03 10 a0 e1     cpy        r1,r3
        00010d7c 40 00 9f e5     ldr        r0=>s_ibuf:_%x_00010e40,[PTR_s_ibuf:_%x_00010d
        00010d80 69 fd ff eb     bl         printf
        00010d84 ae fe ff eb     bl         MakeRoutineSimpleFunc
        00010d88 30 30 9f e5     ldr        r3,[->ibuf]
        00010d8c 00 30 93 e5     ldr        r3,[r3,#0x0]=>ibuf
        00010d90 03 20 a0 e1     cpy        r2,r3
        00010d94 2c 30 9f e5     ldr        r3,[->routine]
        00010d98 00 20 83 e5     str        r2,[r3,#0x0]=>routine
        00010d9c 24 30 9f e5     ldr        r3,[->routine]
        00010da0 00 30 93 e5     ldr        r3,[r3,#0x0]=>routine
        00010da4 33 ff 2f e1     blx        r3
        00010da8 1c 00 9f e5     ldr        r0=>DAT_00010e4c,
        00010dac 61 fd ff eb     bl         puts
        00010db0 00 30 a0 e3     mov        r3,#0x0
        00010db4 03 00 a0 e1     cpy        r0,r3
        00010db8 04 d0 4b e2     sub        sp,r11,#0x4
        00010dbc 00 88 bd e8     ldmia      sp!,{ r11 pc }

如您所见，例程在地址“00010da4”处使用“blx r3”指令调用。我还打印了 ibuf 的地址，它是“0xb6ff8000”。

Answer 1

我认为，您可以直接在字符串“binary-code”中输入操作码并使用((void*)STRING)()执行代码。但是，您可能还想了解 gcc 如何实现蹦床，因为这就是 gcc 生成在堆栈上创建代码并在那里跳转执行的代码的方式。