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將任意Bytecode注入運(yùn)行中的Python進(jìn)程

endiat / 2005人閱讀

摘要：在調(diào)試程序的時(shí)候，一般我們只能通過以下幾種方式進(jìn)行調(diào)試程序中已經(jīng)有的日志在代碼中插入但是以上的方法也有不方便的地方，比如對(duì)于已經(jīng)在運(yùn)行中的程序，就不可能停止程序后加入調(diào)試代碼和增加新的日志從的項(xiàng)目得到靈感，嘗試對(duì)正在運(yùn)行的進(jìn)程插入代碼，在程

在調(diào)試 Python 程序的時(shí)候，一般我們只能通過以下幾種方式進(jìn)行調(diào)試:

程序中已經(jīng)有的日志

在代碼中插入 import pdb; pdb.set_trace()

但是以上的方法也有不方便的地方，　比如對(duì)于已經(jīng)在運(yùn)行中的程序，　就不可能停止程序后加入 調(diào)試代碼和增加新的日志．

從 JAVA 的 BTrace（https://kenai.com/projects/btrace） 項(xiàng)目得到靈感，嘗試對(duì)正在運(yùn)行的 Python 進(jìn)程插入代碼，在程序運(yùn)行到指定的函數(shù)后，自動(dòng)連接遠(yuǎn)程主機(jī)進(jìn)行調(diào)試

首先介紹三個(gè)開源的項(xiàng)目，　本實(shí)驗(yàn)需要用到這三個(gè)項(xiàng)目

Pyasite https://github.com/lmacken/pyrasite Tools for injecting code into running Python processes

Byteplay https://github.com/serprex/byteplay 一個(gè)字節(jié)碼維護(hù)項(xiàng)目，類似 java的asm/cglib

Rpdb-Shell https://github.com/alex8224/Rpdb-Shell

待注入的代碼, 用官方的　tornado hello demo 做例子

import tornado.ioloop
import tornado.web
import os

class MainHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self):        
        self.write("Hello, world")        

application = tornado.web.Application([
    (r"/", MainHandler),
])

if __name__ == "__main__":
    application.listen(8888)
    print(os.getpid())
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()

注入以下代碼(testinject.py)到 get 中

import sys
import dis
import inspect
from byteplay import *

def wearedcode(fcode):
    c = Code.from_code(fcode)
    if c.code[1] == (LOAD_CONST, "injected"):
        return fcode

    c.code[1:1] = [
                    (LOAD_CONST, injected"), (STORE_FAST, "name"),
                    (LOAD_FAST, "name"), 
                    (PRINT_ITEM, None), (PRINT_NEWLINE, None),
                    (LOAD_CONST, -1), (LOAD_CONST, None), 
                    (IMPORT_NAME, "rpdb"), (STORE_FAST, "rpdb"), 
                    (LOAD_FAST, "rpdb"), (LOAD_ATTR, "trace_to_remote"), 
                    (LOAD_CONST, "192.168.1.1"), (CALL_FUNCTION, 1),
                     (POP_TOP, None)
                  ] 

    return c.to_code()


def trace(frame, event, arg):
    if event != "call":
        return
    co = frame.f_code
    func_name = co.co_name

    if func_name == "write":
        return

    if func_name == "get":
        import tornado.web
        args = inspect.getargvalues(frame)
        if "self" in args.locals:
            if isinstance(args.locals["self"], tornado.web.RequestHandler):
                getmethod = args.locals["self"].get
                code = getmethod.__func__.__code__
                getmethod.__func__.__code__ = wearedcode(code)
        return

sys.settrace(trace)
環(huán)境

ubuntu 14.04 64bit LTS

Python 2.7.6

步驟

在機(jī)器上安裝上面需要用到的三個(gè)項(xiàng)目

python server.py

在 192.168.1.1 執(zhí)行 nc -l 4444

pyrasite $(ps aux |grep server.py |grep -v grep|awk "{print $2}") testinject.py

執(zhí)行 curl http://localhost:8000 兩次，　在第二次請(qǐng)求時(shí)替換的 bytecode 才會(huì)生效

結(jié)果

在執(zhí)行上面的步驟后，　在執(zhí)行第二次 curl http://127.0.0.1:8000 后，　應(yīng)該能夠看到控制臺(tái)輸入 injected 的字樣，并且 nc -l 4444 監(jiān)聽的終端會(huì)出現(xiàn) (pdb)> 的字樣，　這樣就能夠?qū)φ谶\(yùn)行中的程序進(jìn)行調(diào)試了．

原理

Pyasite 可以注入代碼到運(yùn)行中的 Python 進(jìn)程，它利用了 Python 的 PyRun_SimpleString 這個(gè)API插入代碼，　至于進(jìn)程注入應(yīng)該是使用了 ptrace
Byteplay 是一個(gè)可以維護(hù) Python bytecode的工具，　這部分跟 cglib/asm類似

Pyasite 只能把代碼注入到進(jìn)程中并運(yùn)行，不能定位到具體的函數(shù)并注入 bytecode, 在 testinject.py 中結(jié)合 Byteplay 完成了函數(shù)定位和替換 get 函數(shù)字節(jié)碼的功能．

函數(shù)的定位用到了 sys.settrace 這個(gè)API,他提供了 call, line, return, exception事件，在合適的時(shí)機(jī)調(diào)用用戶提供的函數(shù), 具體可以參考 https://docs.python.org/2/library/sys.html#sys.settrace　的解釋

理論上可以插入任意字節(jié)碼到程序中的任意位置，　實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有進(jìn)程中代碼的任意修改．

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