如何在Linux上在Python中调用内联机器码？

Question

我正在尝试在Linux上从纯Python代码调用内联的机器代码。为此，我把代码嵌入到一个字节字面量中。

code = b"\x55\x89\xe5\x5d\xc3"

然后我通过mprotect()调用来允许执行包含代码的页面。最后，我尝试使用ctypes来调用这些代码。以下是我的完整代码：

#!/usr/bin/python3

from ctypes import *

# Initialise ctypes prototype for mprotect().
# According to the manpage:
#     int mprotect(const void *addr, size_t len, int prot);
libc = CDLL("libc.so.6")
mprotect = libc.mprotect
mprotect.restype = c_int
mprotect.argtypes = [c_void_p, c_size_t, c_int]

# PROT_xxxx constants
# Output of gcc -E -dM -x c /usr/include/sys/mman.h | grep PROT_
#     #define PROT_NONE 0x0
#     #define PROT_READ 0x1
#     #define PROT_WRITE 0x2
#     #define PROT_EXEC 0x4
#     #define PROT_GROWSDOWN 0x01000000
#     #define PROT_GROWSUP 0x02000000
PROT_NONE = 0x0
PROT_READ = 0x1
PROT_WRITE = 0x2
PROT_EXEC = 0x4

# Machine code of an empty C function, generated with gcc
# Disassembly:
#     55        push   %ebp
#     89 e5     mov    %esp,%ebp
#     5d        pop    %ebp
#     c3        ret
code = b"\x55\x89\xe5\x5d\xc3"

# Get the address of the code
addr = addressof(c_char_p(code))

# Get the start of the page containing the code and set the permissions
pagesize = 0x1000
pagestart = addr & ~(pagesize - 1)
if mprotect(pagestart, pagesize, PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC):
    raise RuntimeError("Failed to set permissions using mprotect()")

# Generate ctypes function object from code
functype = CFUNCTYPE(None)
f = functype(addr)

# Call the function
print("Calling f()")
f()

这段代码在最后一行出现了段错误（segfault）。

我为什么会遇到段错误？mprotect()调用显示成功，所以我应该可以在这个页面上执行代码。
有没有办法修复这段代码？我真的能在纯Python中调用机器代码并在当前进程中执行吗？

(一些进一步的说明：我并不是在追求某个目标——我只是想理解事情是如何运作的。我还尝试在mprotect()调用中使用2*pagesize而不是pagesize，以排除我的5个字节代码落在页面边界的情况——这本来就不应该发生。我使用的是Python 3.1.3进行测试。我的机器是32位的i386盒子。我知道一个可能的解决方案是从纯Python代码创建一个ELF共享对象并通过ctypes加载它，但这不是我想要的答案 :)

编辑：以下是代码的C版本，运行得很好：

#include <sys/mman.h>

char code[] = "\x55\x89\xe5\x5d\xc3";
const int pagesize = 0x1000;

int main()
{
    mprotect((int)code & ~(pagesize - 1), pagesize,
             PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC);
    ((void(*)())code)();
}

编辑2：我找到了代码中的错误。那一行

addr = addressof(c_char_p(code))

首先创建了一个指向bytes实例code开头的char*的ctypes指针。对这个指针应用addressof()并不会返回这个指针所指向的地址，而是返回指针本身的地址。

我找到的获取代码开头地址的最简单方法是

addr = addressof(cast(c_char_p(code), POINTER(c_char)).contents)

如果有更简单的解决方案提示，我会很感激 :)

修复这一行后，上面的代码“工作”了（意思是它什么也不做，而不是出现段错误...）。

Linux ctypes 段错误 mprotect 内联机器码字节字面量 ELF共享对象机器代码执行

如何在Linux上在Python中调用内联机器码？

3 个回答

撰写回答