시프 06- Linking2

강준호·2024년 6월 2일

sp 시프

시스템프로그래밍

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라이브러리 인터포지셔닝

라이브러리 인터포지셔닝이란?

라이브러리 인터포지셔닝은 프로그래머가 임의의 함수 호출을 가로챌 수 있게 해주는 강력한 링킹 기법입니다.
인터포지셔닝은 다음과 같은 시점에서 발생할 수 있습니다:
- 컴파일 시간: 소스 코드가 컴파일될 때
- 링크 시간: 재배치 가능 객체 파일이 실행 가능 객체 파일로 정적으로 링크될 때
- 로드/런타임: 실행 가능 객체 파일이 메모리에 로드되고 동적으로 링크된 후 실행될 때

인터포지셔닝 응용 프로그램

보안

컨파인먼트 (sandboxing): 특정 환경에서 프로그램 실행을 제한.
암호화: 프로그램 실행 중 암호화 작업을 수행.

디버깅

예: 2014년 Facebook 엔지니어들이 인터포지셔닝을 사용하여 iPhone 앱의 오래된 버그를 디버깅.
잘못된 위치에 데이터를 쓰는 코드 문제를 해결하기 위해 POSIX 쓰기 함수(write, writev, pwrite)를 가로챔.

모니터링 및 프로파일링

함수 호출 횟수 계산.
함수 호출 위치와 인수 특성화.
메모리 할당 추적(malloc tracing) 및 메모리 누수 감지.

인터포지셔닝 예시 프로그램

목표

할당되고 해제된 블록의 주소와 크기를 추적.
프로그램을 중단시키지 않고, 소스 코드를 수정하지 않고 수행.

컴파일 시간 인터포지셔닝

컴파일 타임 인터포지셔닝 코드

#ifdef COMPILETIME
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

void *mymalloc(size_t size) {
    void *ptr = malloc(size);
    printf("malloc(%d)=%p\n", (int)size, ptr);
    return ptr;
}

void myfree(void *ptr) {
    free(ptr);
    printf("free(%p)\n", ptr);
}
#endif

컴파일 타임 인터포지셔닝 매크로

#define malloc(size) mymalloc(size)
#define free(ptr) myfree(ptr)

void *mymalloc(size_t size);
void myfree(void *ptr);

gcc -Wall -DCOMPILETIME -c mymalloc.c
gcc -Wall -I. -o intc int.c mymalloc.o
./intc

출력 결과
```
malloc(32)=0x1edc010
free(0x1edc010)
```

링크 시간 인터포지셔닝

링크 타임 인터포지셔닝 코드

#ifdef LINKTIME
#include <stdio.h>

void *__real_malloc(size_t size);
void __real_free(void *ptr);

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

void __wrap_free(void *ptr) {
    __real_free(ptr);
    printf("free(%p)\n", ptr);
}
#endif

링크 타임 인터포지셔닝 컴파일

gcc -Wall -DLINKTIME -c mymalloc.c
gcc -Wall -c int.c
gcc -Wall -Wl,--wrap,malloc -Wl,--wrap,free -o intl int.o mymalloc.o
./intl

출력 결과
```
malloc(32) = 0x1aa0010
free(0x1aa0010)
```

로드/런타임 인터포지셔닝

런타임 인터포지셔닝 코드

#ifdef RUNTIME
#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);
    }
    void *ptr = mallocp(size);
    printf("malloc(%d) = %p\n", (int)size, ptr);
    return ptr;
}
#endif

런타임 인터포지셔닝 컴파일 및 실행

gcc -Wall -DRUNTIME -shared -fpic -o mymalloc.so mymalloc.c -ldl
gcc -Wall -o intr int.c
LD_PRELOAD="./mymalloc.so" ./intr

출력 결과
```
malloc(32) = 0xe60010
free(0xe60010)
```

인터포지셔닝 요약

컴파일 시간
- malloc/free 호출이 매크로 확장을 통해 mymalloc/myfree로 변경됨.
링크 시간
- 링커 트릭을 사용하여 특수 이름 해결 방식을 사용.
- malloc -> __wrap_malloc
- __real_malloc -> malloc
로드/런타임
- 동적 링크를 사용하여 라이브러리 malloc/free를 다른 이름으로 로드.