Intel Pin

这篇文章主要介绍一下Intel Pin在JIT模式和Probe模式下对库换数的替换，以及实现中有哪写需要注意的地方。

JIT模式就是对插桩的代码进行即时编译，然后缓存起来使用

Probe模式就是在要插桩的函数入口前面插入一条跳转指令，跳转到新的替换函数处执行，不在原来执行代码上进行修改

具体的大家可以参考Pin官方手册

https://software.intel.com/sites/landingpage/pintool/docs/65163/Pin/html/index.html

下面进入正文

在编写程序过程中，我们有时候需要需要关注一下某些库函数的调用，方便我们我们监测。比如我们想关注应用程序中共享变量的情况，共享变量主要就是静态变量，全局变量，以及堆变量（new或是malloc或是realloc或是calloc），以堆变量为例，我们就必须要监测malloc等函数，GCC中提供了LD_PRELOAD预加载库技术，通过这种技术，我们可以对一些库函数进行重写，然后在链接的时候首先加载我们自己写的动态链接库，后面加载正常的库函数时候由于符号表中已经有了我们重写的函数，那么就不会重定位到真正的库函数的位置。这篇文章主要使用Intel的Pin 二进制动态插桩框架来达到同样的效果，如果对Pin不了解的同学建议去看一下上面给出的手册链接。

使用JIT进行的malloc函数替换，根据代码解释

1#include "pin.H"
2#include <string.h>
3#include <iostream>
4using namespace std;
5
6
7void * MallocWrapper( CONTEXT * ctxt, AFUNPTR pf_malloc, size_t size)
8{  // Simulate out-of-memory every so often
9    void * res;
10    cout<<"=====Enter the MallocWrapper=======\n";
11    cout<<"Malloc Size:"<<size<<endl;
12    PIN_CallApplicationFunction(ctxt, PIN_ThreadId(),
13        CALLINGSTD_DEFAULT,  pf_malloc,
14        PIN_PARG(void *),  &res, PIN_PARG(size_t), size, PIN_PARG_END());
15    return res;  }
16 
17VOID ImageLoad(IMG img, VOID *v) { 
18    // Pin callback. Registered by IMG_AddInstrumentFunction
19    if (strstr(IMG_Name(img).c_str(), "libc.so") ||
20         strstr(IMG_Name(img).c_str(), "MSVCR80") || 
21         strstr(IMG_Name(img).c_str(), "MSVCR90")) {
22
23        RTN mallocRtn = RTN_FindByName(img, "malloc");
24        //build a function proto
25        PROTO protoMalloc = PROTO_Allocate( PIN_PARG(void *), CALLINGSTD_DEFAULT,
26        "malloc", PIN_PARG(size_t), PIN_PARG_END() );
27        //replace the application function
28        RTN_ReplaceSignature(mallocRtn, AFUNPTR(MallocWrapper),
29        IARG_PROTOTYPE, protoMalloc,IARG_CONST_CONTEXT,
30        IARG_ORIG_FUNCPTR,IARG_FUNCARG_ENTRYPOINT_VALUE, 0,
31        IARG_END);
32    } 
33}
34
35int main(int argc, CHAR *argv[]) 
36{
37    PIN_InitSymbols();
38    PIN_Init(argc,argv);
39    IMG_AddInstrumentFunction(ImageLoad, 0);
40    PIN_StartProgram();                
41}

对于ImageLoad函数

首先根据malloc函数名找到malloc函数所在的库以及对应的Routine，RTN_FindByName主要干的就是这个

其次，对插桩的函数重新生成原型，替换原有的malloc函数原型

PROTO_Allocate就是生成一个原始函数原型，PIN_PARG(void *)表示的是返回类型，malloc函数的返回类型为void *，CALLINGSTD_DEFAULT表示编译这个函数的调用标准（一般不用改变），PIN_PARG(size_t)表示就是malloc中的传递的参数，这里参数传递的是类型就是size_t，最后必须加上IARG_END表示截止，这样返回的就是一个指向函数原型的指针。

RTN_ReplaceSignature表示就是在JIT模式对函数进行替换，mallocRtn表示就是malloc函数的Routine，AFUNPTR(MallocWrapper)表示就是替换函数的指针，IARG_PROTOTYPE允许你定义原始函数原型，因此后面加上我们之前定义好的原始函数原型protoMalloc，IARG_CONST_CONTEXT就是我们包装函数需要传递的第一个参数，IARG_ORIG_FUNCPTR表示原始函数指针（可以通过这个调用原始函数），最后一个参数是我们传递给原始malloc函数的，因此使用IARG_FUNCARG_ENTRYPOINT_VALUE，0表示传递给原始malloc的第一个参数，IARG_END表示截止。

再来看一下我们的包装函数MallocWrapper

我们首先打印一些信息，然后通过PIN_CallApplicationFunction调用我们原始函数，参数中需要注意的就是pf_malloc就是我们要调用的原始函数指针， PIN_PARG(void *), &res,表示原始函数返回类型和值，PIN_PARG(size_t), size表示原始函数的参数类型和值，这样的话我们就能够调用原始函数了。

大家编译成Pin Tool后，可以用小程序测试（也可从这里参考我的代码）

结果类似如下：

=====Enter the MallocWrapper=======
Malloc Size:5
=====Enter the MallocWrapper=======
Malloc Size:5
=====Enter the MallocWrapper=======
Malloc Size:120
=====Enter the MallocWrapper=======
Malloc Size:12
=====Enter the MallocWrapper=======
Malloc Size:784

使用Probe进行malloc函数替换，代码如下：

1typedef VOID * ( *PF_MALLOC )( size_t );
2
3void * MallocWrapper(PF_MALLOC pf_malloc,size_t size)
4{  // Simulate out-of-memory every so often
5    cout<<"=====Enter the MallocWrapper=======\n";
6    cout<<"Malloc Size:"<<size<<endl;
7    return pf_malloc(size);
8}
9 
10// Pin calls this function every time a new img is loaded.
11// It is best to do probe replacement when the image is loaded,
12// because only one thread knows about the image at this time.
13VOID ImageLoad( IMG img, VOID *v )
14{
15    // See if malloc() is present in the image.  If so, replace it.
16    RTN rtn = RTN_FindByName( img, "malloc" );
17    
18    if (RTN_Valid(rtn))
19    {
20        // Define a function prototype of the orig func
21        PROTO proto_malloc = PROTO_Allocate( PIN_PARG(void *), 
22                           CALLINGSTD_DEFAULT, "malloc", 
23                           PIN_PARG(int), PIN_PARG_END() );
24        
25        // Replace the application routine with the replacement function.
26        RTN_ReplaceSignatureProbed(rtn, AFUNPTR(MallocWrapper),
27                                   IARG_PROTOTYPE, proto_malloc,
28                                   IARG_ORIG_FUNCPTR,
29                                   IARG_FUNCARG_ENTRYPOINT_VALUE, 0,
30                                   IARG_END);
31
32        // Free the function prototype.
33        PROTO_Free( proto_malloc );
34    }
35}
36 
37int main(int argc, CHAR *argv[]) {
38    PIN_InitSymbols();     
39    PIN_Init(argc,argv);
40    IMG_AddInstrumentFunction(ImageLoad, 0);
41    PIN_StartProgramProbed();                
42}

和之前的JIT模式很类似，只是这里的话，我们可以直接通过原始函数指针来调用（因为在Probe模式中不支持CONTEXT），还有就是替换函数变成了RTN_ReplaceSignatureProbed，程序启动函数变成了PIN_StartProgramProbed。

同时还需要注意的是，如果以Probe方式启动的话，那么系统需要支持特定的库，具体参考这里。

以Probe方式运行效率更高，但是有很多Pin的一些功能支持Probe，如果不是特别在意效率的话，建议大家就是用JIT模式，使用简单并且功能齐全。

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