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在windows平台,有一个简单的方法来追踪调用函数的堆栈,就是利用函数CaptureStackBackTrace,但是这个函数不能得到具体调用函数的名称,只能得到地址,当然我们可以通过反汇编的方式通过地址得到函数的名称,以及具体调用的反汇编代码,但是对于有的时候我们需要直接得到函数的名称,这个时候据不能使用这个方法,对于这种需求我们可以使用函数:SymInitialize、StackWalk、SymGetSymFromAddr、SymGetLineFromAddr、SymCleanup。

原理

基本上所有高级语言都有专门为函数准备的堆栈,用来存储函数中定义的变量,在C/C++中在调用函数之前会保存当前函数的相关环境,在调用函数时首先进行参数压栈,然后call指令将当前eip的值压入堆栈中,然后调用函数,函数首先会将自身堆栈的栈底地址保存在ebp中,然后抬高esp并初始化本身的堆栈,通过多次调用最终在堆栈段形成这样的布局

这里对函数的原理做简单的介绍,有兴趣的可以看我的另一篇关于C函数原理讲解的博客,点击这里跳转 VC++编译器在编译时对函数名称与地址都有详细的记录,编译出来的程序都有一个符号常量表,将符号常量与它对应的地址形成映射,在搜索时首先根据这些堆栈环境找到对应地址,然后根据地址在符号常量表中,找到具体调用的信息,这是一个很复杂的工程,需要对编译原理和汇编有很强的基础,幸运的是,如今这些工作不需要程序员自己去做,windows帮助我们分配了一组API,在编写程序时只需要调用API即可

函数说明

SymInitialize:这个函数主要用作初始化相关环境。 SymCleanup:清楚这个初始化的相关环境,在调用SymInitialize之后需要调用SymCleanup,进行释放资源的操作 StackWalk:程序的功能主要由这个函数实现,函数会从初始化时的堆栈顶开始向下查找下一个堆栈的信息,原型如下:

BOOL WINAPI StackWalk(   __in          DWORD MachineType, //机器类型现在一般是intel的x86系列,这个时候填入IMAGE_FILE_MACHINE_I386   __in          HANDLE hProcess, //追踪的进程句柄   __in          HANDLE hThread, //追踪的线程句柄   __in_out      LPSTACKFRAME StackFrame, //记录的追踪到的堆栈信息   __in_out      PVOID ContextRecord, //记录当前的线程环境   __in          PREAD_PROCESS_MEMORY_ROUTINE ReadMemoryRoutine,   __in          PFUNCTION_TABLE_ACCESS_ROUTINE FunctionTableAccessRoutine,   __in          PGET_MODULE_BASE_ROUTINE GetModuleBaseRoutine,   __in          PTRANSLATE_ADDRESS_ROUTINE TranslateAddress //后面的四个参数都是回掉函数,有系统自行调用,而且这些函数都是定义好的,只需要填入相应的函数名称 );

需要注意的一点是,在首次调用该函数时需要对StackFrame中的AddrPC、AddrFrame、AddrStack这三个成员进行初始化,填入相关值,以便函数从此处线程堆栈的栈顶进行搜索,否则调用函数将失败,具体如何填写请看MSDN。

SymGetSymFromAddr:根据获取到的函数地址得到函数名称、堆栈大小等信息,这个函数的原型如下: BOOL WINAPI SymGetSymFromAddr(   __in          HANDLE hProcess, //进程句柄   __in          DWORD Address, //函数地址   __out         PDWORD Displacement, //返回该符号常量的位移或者填入NULL,不获取此值   __out         PIMAGEHLP_SYMBOL Symbol//返回堆栈信息 );

SymGetLineFromAddr:根据得到的地址值,获取调用函数的相关信息。主要记录是在哪个文件,哪行调用了该函数,下面是函数原型:

BOOL WINAPI SymGetLineFromAddr(   __in          HANDLE hProcess,   __in          DWORD dwAddr,   __out         PDWORD pdwDisplacement,   __out         PIMAGEHLP_LINE Line );

它参数的含义与SymGetSymFromAddr,相同。 通过上面对函数的说明,我们可以知道,为了追踪函数调用的详细信息,大致步骤如下: 1. 首先调用函数SymInitialize进行相关的初始化工作。 2. 填充结构体StackFrame的相关信息,确定从何处开始追踪。 3. 循环调用StackWalk函数,从指定位置,向下一直追踪到最后。 4. 每次将获取的地址分别传入SymGetSymFromAddr、SymGetLineFromAddr,得到函数的详细信息 5. 调用SymCleanup,结束追踪 但是需要注意的一点是,函数StackWalk会顺着线程堆栈进行查找,如果在调用之前,某个函数已经返回了,它的堆栈被回收,那么函数StackWalk自然不会追踪到该函数的调用。

具体实现

void InitTrack() {     g_hHandle = GetCurrentProcess();      SymInitialize(g_hHandle, NULL, TRUE); }  void StackTrack() {     g_hThread = GetCurrentThread();     STACKFRAME sf = { 0 };      sf.AddrPC.Offset = g_context.Eip;     sf.AddrPC.Mode = AddrModeFlat;      sf.AddrFrame.Offset = g_context.Ebp;     sf.AddrFrame.Mode = AddrModeFlat;      sf.AddrStack.Offset = g_context.Esp;     sf.AddrStack.Mode = AddrModeFlat;      typedef struct tag_SYMBOL_INFO     {         IMAGEHLP_SYMBOL symInfo;         TCHAR szBuffer[MAX_PATH];     } SYMBOL_INFO, *LPSYMBOL_INFO;      DWORD dwDisplament = 0;     SYMBOL_INFO stack_info = { 0 };     PIMAGEHLP_SYMBOL pSym = (PIMAGEHLP_SYMBOL)&stack_info;     pSym->SizeOfStruct = sizeof(IMAGEHLP_SYMBOL);     pSym->MaxNameLength = sizeof(SYMBOL_INFO) - offsetof(SYMBOL_INFO, symInfo.Name);     IMAGEHLP_LINE ImageLine = { 0 };     ImageLine.SizeOfStruct = sizeof(IMAGEHLP_LINE);      while (StackWalk(IMAGE_FILE_MACHINE_I386, g_hHandle, g_hThread, &sf, &g_context, NULL, SymFunctionTableAccess, SymGetModuleBase, NULL))     {         SymGetSymFromAddr(g_hHandle, sf.AddrPC.Offset, &dwDisplament, pSym);         SymGetLineFromAddr(g_hHandle, sf.AddrPC.Offset, &dwDisplament, &ImageLine);         printf("当前调用函数 : %08x+%s(FILE[%s]LINE[%d])\n", pSym->Address, pSym->Name, ImageLine.FileName, ImageLine.LineNumber);     }  }  void UninitTrack() {     SymCleanup(g_hHandle); }

测试程序如下:

void func1() {     OPEN_STACK_TRACK; }  void func2() {     func1(); }  void func3() {     func2();  } void func4() {     printf("hello\n"); }  int _tmain(int argc, TCHAR* argv[]) {     func4();     func3();     func3();     return 0; }

OPEN_STACK_TRACK是一个宏,它的定义如下:

#define OPEN_STACK_TRACK\  HANDLE hThread = GetCurrentThread();\ GetThreadContext(hThread, &g_context);\ __asm{call $ + 5}\ __asm{pop eax}\ __asm{mov g_context.Eip, eax}\ __asm{mov g_context.Ebp, ebp}\ __asm{mov g_context.Esp, esp}\ InitTrack();\ StackTrack();\ UninitTrack();

这个程序需要注意以下几点: 1. 如果想要追踪所有调用的函数,需要将这个宏放置到最后调用的位置,当然前提是此时之前被调函数的堆栈仍然存在。当然可以在调用前简单的计算,找出在哪个位置是所有函数都没有调用完成的,不过这样可能就与程序的初衷相悖,毕竟程序本身就是为了获取堆栈的调用信息。。。。 2. IMAGEHLP_SYMBOL的结构体中关于Name的成员,只有一个字节,而函数SymGetSymFromAddr在填入值时是没有关心这个实际大小,它只是简单的填充,这就造成了缓冲区溢出的情况,为了避免我们需要在Name后面额外给一定大小的缓冲区,用来接收数据,这也就是我们定义这个结构体SYMBOL_INFO的原因。另外IMAGEHLP_SYMBOL中的MaxNameLength成员是指Name的最大长度,需要根据给定的缓冲区,进行计算。 3. 从测试程序来看,在进行追踪时func4已经调用完成,而我们在获取线程的运行时环境g_context时函数GetThreadContext,也在堆栈中,最终得到的结果中必然包含GetThreadContext的调用信息,如果想去掉这个信息,只需要修改获得信息的值,既然函数StackWalk是根据堆栈进行追踪,那么只需要修改对应堆栈的信息即可,需要修改eip 、ebp、esp的值,关于esp ebp的值很好修改,可以在对应函数中esp ebp这些寄存器的值,而eip的值就不那么好获取,本生利用mov指令得到eip的值它也是指令,会改变eip的值,从而造成获取到的eip的值不准确,所以我们利用call指令,先保存当前eip的值到堆栈,然后再从堆栈中取出。call指令的实质是 push eip和jmp addr指令的组合,并不一定非要调用函数。call指令的大小为5个字节,所以call $ + 5表示先保存eip在跳转到它的下一跳指令处。这样就可以有效的避免检测到GetThreadContext中的相关函数调用

posted on 2019-12-19 12:39 长戟十三千 阅读(81) 评论(0)  编辑 收藏 引用 所属分类: 编程技巧随笔

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