ユーザースペースのCでELFファイルをロードする
「gcc-m32test.c -o test.exe」でコンパイルされたELFファイルを、64ビットx86環境のLinuxにロードしようとしています。その32ビットファイル（test.exe）を、次のコアロジック（32ビットELF）を持つユーザースペースELFローダー内にロードしようとしています。
問題は、返された開始アドレスを呼び出すと、セグメンテーション違反のコアダンプが発生することです。コードは次のとおりです。
void *image_load (char *elf_start, unsigned int size)
{
Elf32_Ehdr *hdr = NULL;
Elf32_Phdr *phdr = NULL;
unsigned char *start = NULL;
Elf32_Addr taddr = 0;
Elf32_Addr offset = 0;
int i = 0;
unsigned char *exec = NULL;
Elf32_Addr estart = 0;
hdr = (Elf32_Ehdr *) elf_start;
if(!is_image_valid(hdr)) {
printk("image_load:: invalid ELF image\n");
return 0;
}
exec = (unsigned char *)mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC,
MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, 0, 0);
if(!exec) {
printk("image_load:: error allocating memory\n");
return 0;
}
// Start with clean memory.
memset(exec,0x0,size);
phdr = (Elf32_Phdr *)(elf_start + hdr->e_phoff);
for(i=0; i < hdr->e_phnum; ++i) {
if(phdr[i].p_type != PT_LOAD) {
continue;
}
if(phdr[i].p_filesz > phdr[i].p_memsz) {
printk("image_load:: p_filesz > p_memsz\n");
munmap(exec, size);
return 0;
}
if(!phdr[i].p_filesz) {
continue;
}
// p_filesz can be smaller than p_memsz,
// the difference is zeroe'd out.
start = (unsigned char *) (elf_start + phdr[i].p_offset);
// taddr = phdr[i].p_vaddr + (Elf32_Addr)exec;
if(!estart) {
estart = phdr[i].p_paddr;
}
taddr = (Elf32_Addr)exec + offset + (phdr[i].p_paddr - estart);
memmove((unsigned char *)taddr,
(unsigned char *)start,phdr[i].p_filesz);
offset += (phdr[i].p_memsz + (phdr[i].p_paddr - estart));
if(!(phdr[i].p_flags & PF_W)) {
// Read-only.
mprotect((unsigned char *) taddr,
phdr[i].p_memsz,
PROT_READ);
}
if(phdr[i].p_flags & PF_X) {
// Executable.
mprotect((unsigned char *) taddr,
phdr[i].p_memsz,
PROT_EXEC);
}
}
return (void *)((hdr->e_entry - estart) + (Elf32_Addr)exec);
}/* image_load */
...
int (*main)(int, char **)=image_load(...);
main(argc,argv); // Crash...
...
ロードしようとしているELFを含む、完全に実行可能なコードを提供してください。私はあなたのコードをできる限り修正するために時間をかけました、そしてそれは少なくともこの単純なコードのためにうまくいくようです。
ローダーも32ビットコードとしてコンパイルする必要があることに注意してください。32ビットファイルを64ビットプロセスにロードすることはできません。さらに、元の場所にコードをロードしていないため、再配置可能である必要があります。最後に、ライブラリをロードしていないため、静的バイナリである必要があります。
Update：コードは、ロードされたコードのエントリポイントがint (*main)(int, char **)プロトタイプに準拠していることを期待していますが、一般的にはそうではありません（補足：mainは、実際には3番目の引数である環境も取得します）。 ELFの起動状態 について読んでください。ここで説明されているスタックレイアウトを手動で作成する場合は、エントリポイントにジャンプする必要があり、それが戻ることはありません。 Cプログラムの場合、mainのアドレスを掘り出すことができ、それはプロトタイプと一致します。ただし、Cライブラリの初期化をスキップしているため（コードはライブラリの読み込みを行わないため、読み込まれたプログラムは静的にリンクされている必要があります）、問題が発生する可能性があります。
Libc参照を解決し、mainを呼び出すことにより、単純なCプログラムを処理するために必要なビットでコードを拡張しました。
loader.c：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <libelf.h>
#include <sys/mman.h>
#include <dlfcn.h>
void printk(const char* msg)
{
fputs(msg, stderr);
}
int is_image_valid(Elf32_Ehdr *hdr)
{
return 1;
}
void *resolve(const char* sym)
{
static void *handle = NULL;
if (handle == NULL) {
handle = dlopen("libc.so", RTLD_NOW);
}
return dlsym(handle, sym);
}
void relocate(Elf32_Shdr* shdr, const Elf32_Sym* syms, const char* strings, const char* src, char* dst)
{
Elf32_Rel* rel = (Elf32_Rel*)(src + shdr->sh_offset);
int j;
for(j = 0; j < shdr->sh_size / sizeof(Elf32_Rel); j += 1) {
const char* sym = strings + syms[ELF32_R_SYM(rel[j].r_info)].st_name;
switch(ELF32_R_TYPE(rel[j].r_info)) {
case R_386_JMP_SLOT:
case R_386_GLOB_DAT:
*(Elf32_Word*)(dst + rel[j].r_offset) = (Elf32_Word)resolve(sym);
break;
}
}
}
void* find_sym(const char* name, Elf32_Shdr* shdr, const char* strings, const char* src, char* dst)
{
Elf32_Sym* syms = (Elf32_Sym*)(src + shdr->sh_offset);
int i;
for(i = 0; i < shdr->sh_size / sizeof(Elf32_Sym); i += 1) {
if (strcmp(name, strings + syms[i].st_name) == 0) {
return dst + syms[i].st_value;
}
}
return NULL;
}
void *image_load (char *elf_start, unsigned int size)
{
Elf32_Ehdr *hdr = NULL;
Elf32_Phdr *phdr = NULL;
Elf32_Shdr *shdr = NULL;
Elf32_Sym *syms = NULL;
char *strings = NULL;
char *start = NULL;
char *taddr = NULL;
void *entry = NULL;
int i = 0;
char *exec = NULL;
hdr = (Elf32_Ehdr *) elf_start;
if(!is_image_valid(hdr)) {
printk("image_load:: invalid ELF image\n");
return 0;
}
exec = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC,
MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, 0, 0);
if(!exec) {
printk("image_load:: error allocating memory\n");
return 0;
}
// Start with clean memory.
memset(exec,0x0,size);
phdr = (Elf32_Phdr *)(elf_start + hdr->e_phoff);
for(i=0; i < hdr->e_phnum; ++i) {
if(phdr[i].p_type != PT_LOAD) {
continue;
}
if(phdr[i].p_filesz > phdr[i].p_memsz) {
printk("image_load:: p_filesz > p_memsz\n");
munmap(exec, size);
return 0;
}
if(!phdr[i].p_filesz) {
continue;
}
// p_filesz can be smaller than p_memsz,
// the difference is zeroe'd out.
start = elf_start + phdr[i].p_offset;
taddr = phdr[i].p_vaddr + exec;
memmove(taddr,start,phdr[i].p_filesz);
if(!(phdr[i].p_flags & PF_W)) {
// Read-only.
mprotect((unsigned char *) taddr,
phdr[i].p_memsz,
PROT_READ);
}
if(phdr[i].p_flags & PF_X) {
// Executable.
mprotect((unsigned char *) taddr,
phdr[i].p_memsz,
PROT_EXEC);
}
}
shdr = (Elf32_Shdr *)(elf_start + hdr->e_shoff);
for(i=0; i < hdr->e_shnum; ++i) {
if (shdr[i].sh_type == SHT_DYNSYM) {
syms = (Elf32_Sym*)(elf_start + shdr[i].sh_offset);
strings = elf_start + shdr[shdr[i].sh_link].sh_offset;
entry = find_sym("main", shdr + i, strings, elf_start, exec);
break;
}
}
for(i=0; i < hdr->e_shnum; ++i) {
if (shdr[i].sh_type == SHT_REL) {
relocate(shdr + i, syms, strings, elf_start, exec);
}
}
return entry;
}/* image_load */
int main(int argc, char** argv, char** envp)
{
int (*ptr)(int, char **, char**);
static char buf[1048576];
FILE* elf = fopen(argv[1], "rb");
fread(buf, sizeof buf, 1, elf);
ptr=image_load(buf, sizeof buf);
return ptr(argc,argv,envp);
}
elf.c：
#include <stdio.h>
int main()
{
fprintf(stdout, "Hello world! fprintf=%p, stdout=%p\n", fprintf, stdout);
return 0;
}
テスト走行：
$ gcc -m32 -g -Wall -ldl -o loader loader.c
$ gcc -m32 -pie -fPIE -o elf elf.c
$ ./loader elf
Hello world! fprintf=0xf7612420, stdout=0xf770e4c0
exec =（unsigned char *）mmap（NULL、size、.。
これにより、実行可能ファイルを任意のアドレスにロードしようとします。非PIE実行可能ファイルは、リンク先のアドレス（通常は0x08048000 Linux/ix86の場合）。
問題は、Cプログラム（hello worldを出力する単純なプログラムでも）をロードしようとしたときに発生するようです。
そのプログラムが動的にリンクされている場合、それは何でもですが単純であり、ローダーにはたくさんのこともっとやるべきことがあります：依存する共有ライブラリのロードと再配置、GOTの修正およびTLSなど。
使用する
exec = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC,
MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, hdr, 0);
の代わりに
exec = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC,
MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, 0, 0);