LD_PRELOAD的使用

一、简介

LD_PRELOAD是Linux/Unix系统的一个环境变量，它可以影响程序的运行时的链接，它允许在程序运行前定义优先加载的动态链接库。通过这个环境变量，可以在主程序和其动态链接库的中间加载别的动态链接库，甚至覆盖系统的函数库。

LD_PRELOAD 超脱于动态链接库的搜索路径先后顺序之外，它可以指定在程序运行前优先加载的动态链接库。

1.1、LD_PRELOAD的概念和作用

LD_PRELOAD是Linux系统中的一个环境变量，用于在程序运行时动态加载指定的共享库。LD_PRELOAD的作用是在程序运行前，将指定的共享库加载到程序的内存中。这样，程序在运行时会优先使用该共享库中的符号，而不是系统默认的符号。LD_PRELOAD可以用于替换程序本身的函数，增加程序的功能或者调试程序。

LD_PRELOAD的工作原理是，当程序需要调用某个符号时，系统会先在程序自身的符号表中查找，如果找不到，则会在LD_PRELOAD指定的共享库中查找。如果在LD_PRELOAD指定的共享库中找到了该符号，则使用该符号中的代码。

使用LD_PRELOAD可以实现一些特殊的功能，例如：

1. 动态库劫持：可以用LD_PRELOAD来劫持程序中的函数，替换为自己编写的函数，实现一些特殊的功能。

2. 程序调试：可以用LD_PRELOAD来替换程序中的函数，增加一些调试信息，例如，在程序中调用printf函数时，可以用LD_PRELOAD来替换为自己编写的函数，输出调试信息。

3. 库版本控制：可以用LD_PRELOAD来强制程序使用指定版本的共享库，以避免程序在不同版本的环境中产生兼容性问题。

需要注意的是，使用LD_PRELOAD需要注意一些安全和兼容性问题。为了避免程序崩溃或产生意外的行为，替换的函数必须与被替换的函数具有相同的函数原型和行为。在使用LD_PRELOAD时需要注意共享库与程序之间的交互，避免产生意外的结果。

1.2、LD_PRELOAD的使用场景和优势

LD_PRELOAD的使用场景非常广泛，主要包括以下几个方面：

1. 动态库劫持
   使用LD_PRELOAD可以劫持程序中的函数，替换为自己编写的函数，实现一些特殊的功能。例如，可以用LD_PRELOAD来Hook系统调用，实现一些系统级别的监控或控制。

2. 程序调试
   使用LD_PRELOAD可以替换程序中的函数，增加一些调试信息，例如，在程序中调用printf函数时，可以用LD_PRELOAD来替换为自己编写的函数，输出调试信息。

3. 库版本控制
   使用LD_PRELOAD可以强制程序使用指定版本的共享库，以避免程序在不同版本的环境中产生兼容性问题。

4. 代码注入
   使用LD_PRELOAD可以向程序中注入一些代码，实现一些与程序无关的功能，例如统计程序使用情况、监控程序运行状态等。

LD_PRELOAD的优势主要包括以下几个方面：

1. 灵活性
   使用LD_PRELOAD可以在运行时动态加载指定的共享库，灵活性非常高，可以根据需要替换程序中的任何函数。

2. 易用性
   使用LD_PRELOAD非常简单，只需要设置LD_PRELOAD环境变量即可，不需要修改程序本身的代码。

3. 可移植性
   使用LD_PRELOAD不依赖于具体的编程语言和操作系统，可以在不同的平台上使用。

4. 高效性
   使用LD_PRELOAD可以减少代码修改和重编译的时间，提高程序的开发效率。

二、动态库劫持

2.1、动态库劫持的概念和实现原理

动态库劫持是一种利用共享库的特性，在程序运行时动态替换程序中的函数的技术。动态库劫持可以用于Hook系统调用、修改程序行为、监控程序运行状态等方面。下面介绍动态库劫持的概念和实现原理。

概念：
动态库劫持是指通过替换程序中的动态链接库（共享库）中的函数，改变程序的行为的一种技术。在程序启动时，操作系统会在预定义的路径中查找所需要的共享库，加载到内存中，并建立程序和共享库之间的链接关系。在程序运行时，如果程序需要用到共享库中的某个函数，就会通过链接关系在共享库中查找该函数，并调用它。动态库劫持的技术就是通过替换共享库中的函数，来改变程序的行为。

实现原理：
动态库劫持的实现原理是利用了Linux系统中的一个环境变量LD_PRELOAD。LD_PRELOAD是一个环境变量，可以用于在程序运行时动态加载指定的共享库。当程序需要调用共享库中的某个函数时，系统会先在程序自身的符号表中查找，如果找不到，则会在LD_PRELOAD指定的共享库中查找。如果在LD_PRELOAD指定的共享库中找到了该函数，则使用该函数中的代码。

动态库劫持的实现步骤如下：

1. 编写共享库中的替代函数，并编译成共享库。
2. 设置LD_PRELOAD环境变量，指定要加载的共享库。
3. 运行需要Hook的程序。

当程序需要调用被替换的函数时，会先在程序自身的符号表中查找，如果找不到，则会在LD_PRELOAD指定的共享库中查找。如果在LD_PRELOAD指定的共享库中找到了该函数，则使用该函数中的代码，从而实现了动态库劫持。

2.2、使用LD_PRELOAD动态库劫持调试程序

1. 编写共享库。
   首先，需要编写一个共享库，该共享库中包含要劫持的函数的替代函数。例如，如果要劫持系统中的open函数，可以编写一个名为myopen的函数，并将其编译成共享库。

2. 设置LD_PRELOAD环境变量。
   在命令行中设置LD_PRELOAD环境变量，指定要加载的共享库。例如，要劫持某个程序，可以在命令行中输入以下命令：

$ LD_PRELOAD=./libmy.so ./myprogram

其中，./libmy.so是编译好的共享库的路径，./myprogram是要运行的程序的路径。

3. 运行程序。
   运行要劫持的程序，程序会自动加载指定的共享库，并在运行时使用共享库中的替代函数，从而实现动态库劫持的功能。

注意：替代函数必须与被替换的函数具有相同的函数原型和行为，否则程序可能会崩溃或产生意外的行为。在使用LD_PRELOAD时需要注意共享库与程序之间的交互，避免产生意外的结果。

使用LD_PRELOAD动态库劫持可以增加程序的功能或者调试程序。需要编写一个共享库，并在命令行中设置LD_PRELOAD环境变量，指定要加载的共享库。在运行要劫持的程序时，程序会自动加载共享库，并使用共享库中的替代函数，从而实现动态库劫持的功能。

三、使用示例

LD_PRELOAD和hook很像。

编写如下代码：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main(int argc,char **argv)
{
        int fd;
        fd=open("/home/fly/workspace/proj/ld_test.c",O_RDONLY);
        if(fd!=-1)
                fprintf(stdout,"openfile successed!\n");
        else
                fprintf(stdout,"openfile failed!\n");
        close(fd);
        return 0;
}

代码很简单，调用open(…)函数打开文件，输出打开成功或打开失败。直接执行就是调用的系统调用：

$ gcc -o ld_test ld_test.c
$ ./ld_test
openfile successed!

open函数不是我们实现的，是系统的api函数，这是系统为应用程序提供的库函数，即posix api。

现在，我们实现一个open函数，内部调用系统调用__open(char *,int,int)。

#include 
  
extern int __open(char *,int,int);

int open(char *path,int flags,int mode)
{
        printf("open : %s\n",path);
        return __open(path,flags,mode);
}

将其编译成动态库：

gcc -shared -fPIC -o my_open.so my_open.c

使用LD_PRELOAD执行：

LD_PRELOAD=./my_open.so ./ld_test

执行结果：

open : /home/fly/workspace/proj/ld_test.c
openfile successed!

可以发现，相对前面的直接执行，输出端多了这么一句 ”open : /home/fly/workspace/proj/ld_test.c“ ；这说明调用了我们实现的open()函数。

总结

1. 我们可以自己实现一个函数，底层调用系统调用，理由LD_PRELOAD优先加载我们的函数。这可以有一个应用，就是可以检测内存泄漏，我们实现一个malloc函数，使用的还是系统调用，但是可以在多做一些内存泄漏的检测业务逻辑；和hook一样。

2. DPDK高性能处理框架VPP的vcl就是利用LD_PRELOAD来加载应用，vcl内部实现了相关的posix api函数。要注意的是，vcl和应用不是运行在同一个进程；VPP的协议栈处理完数据后，是将数据放入一段共享内存中，vcl库从共享内存取出数据给到应用。

3. VPP的开发模式：VPP+应用程序和VPP Plugin。
   

LD_PRELOAD是Linux系统中的一个环境变量，用于在程序运行时动态加载指定的共享库，可以用于替换程序本身的函数，增加程序的功能或者调试程序。常见的用途包括：

1. 动态库劫持
   可以用LD_PRELOAD来劫持程序中的函数，替换为自己编写的函数，实现一些特殊的功能。例如，可以用LD_PRELOAD来Hook系统调用，实现一些系统级别的监控或控制。

2. 程序调试
   可以用LD_PRELOAD来替换程序中的函数，增加一些调试信息，例如，在程序中调用printf函数时，可以用LD_PRELOAD来替换为自己编写的函数，输出调试信息。

3. 库版本控制
   可以用LD_PRELOAD来强制程序使用指定版本的共享库，以避免程序在不同版本的环境中产生兼容性问题。

使用LD_PRELOAD需要注意以下几点：

1. 共享库必须是可执行文件，即必须具有x权限。

2. 共享库必须是使用-fPIC编译的，以避免地址重定位问题。

3. 为了避免程序崩溃或产生意外的行为，替换的函数必须与被替换的函数具有相同的函数原型和行为。

4. 在使用LD_PRELOAD时需要注意共享库与程序之间的交互，避免产生意外的结果。

使用LD_PRELOAD可以用以下命令实现：

export LD_PRELOAD=/path/to/mylibrary.so

其中，/path/to/mylibrary.so是要加载的共享库路径。可以在程序运行前使用该命令设置环境变量，或者将该命令添加到程序启动脚本中，以动态加载指定的共享库。