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Linker加载so失败问题分析

作者:段聪,腾讯社交平台部高级工程师

商业转载请联系腾讯WeTest获得授权,非商业转载请注明出处。

原文链接:https://wetest.qq.com/lab/view/421.html

WeTest 导读

近期测试反馈一个问题,在旧版本微视基础上覆盖安装新版本的微视APP,首次打开拍摄页录制视频合成时高概率出现crash。


那么我们直奔主题,看看日志:

图片1.png

另外复现的日志中还出现如下信息:

'/data/data/com.tencent.weishi/appresArchiveExtra/res1bodydetect/bodydetect/libxnet.so: strtab out of bounds error

图片2.png

后经过测试,发现覆盖安装后首次使用美体功能也会出现crash,日志如下:

图片3.png

由于出现问题的场景都是覆盖安装首次使用,并且涉及到人体检测相关的so,似乎存在某种共同的原因。

因此Abort异常比起fault addr类问题更容易分析,先从前面Linker出现Abort异常的位置开始着手。

Linker是so链接和加载的关键,属于系统可执行文件,因此分析起来比较棘手。好在手上正好有一台刚刷完自己编译的Android AOSP的Pixel,做一些实验变得更轻松了。

出现异常的Linker代码linker_soinfo.cpp如下:

const char* soinfo::get_string(ElfW(Word) index) const {
 if (has_min_version(1) && (index >= strtab_size_)) {
   async_safe_fatal("%s: strtab out of bounds error; STRSZ=%zd, name=%d",
       get_realpath(), strtab_size_, index);
 }
 return strtab_ + index;
}
bool soinfo::elf_lookup(SymbolName& symbol_name,
                       const version_info* vi,
                       uint32_t* symbol_index) const {
 uint32_t hash = symbol_name.elf_hash();
 TRACE_TYPE(LOOKUP, "SEARCH %s in %s@%p h=%x(elf) %zd",
            symbol_name.get_name(), get_realpath(),
            reinterpret_cast<void*>(base), hash, hash % nbucket_);
 ElfW(Versym) verneed = 0;
 if (!find_verdef_version_index(this, vi, &verneed)) {
   return false;
 }
 for (uint32_t n = bucket_[hash % nbucket_]; n != 0; n = chain_[n]) {
   ElfW(Sym)* s = symtab_ + n;
   const ElfW(Versym)* verdef = get_versym(n);
   // skip hidden versions when verneed == 0
   if (verneed == kVersymNotNeeded && is_versym_hidden(verdef)) {
       continue;
   }
   if (check_symbol_version(verneed, verdef) &&
       strcmp(get_string(s->st_name), symbol_name.get_name()) == 0 &&
       is_symbol_global_and_defined(this, s)) {
     TRACE_TYPE(LOOKUP, "FOUND %s in %s (%p) %zd",
                symbol_name.get_name(), get_realpath(),
                reinterpret_cast<void*>(s->st_value),
                static_cast<size_t>(s->st_size));
     *symbol_index = n;
     return true;
   }
 }
 TRACE_TYPE(LOOKUP, "NOT FOUND %s in %s@%p %x %zd",
            symbol_name.get_name(), get_realpath(),
            reinterpret_cast<void*>(base), hash, hash % nbucket_);
 *symbol_index = 0;
 return true;
}

从代码上看,是在so的symtab中查找某个符号时ElfW(Sym)* s的地址出现异常,导致s->st_name获取到错误的数据。

通过复现问题,可以抓到更完整的 /data/tombstone日志,得到如下完整的信息:

图片4.png

尽管从tombstone中我们可以看到一些寄存器数据及寄存处地址附近内存数据,同时也可以看到crash时的虚拟内存映射表,仍然无法获取有价值的信息。另外通过几次复现,发现并不是每次Crash都是SIGABRT,也出现不少SIGSEGV信号,而调用栈和之前都是一样的,比如这个:

图片5.png

这基本上可以说明,并不是so本身的代码存在异常,只可能是加载的so出现了文件异常。

另外通过在linker中增加日志,并重新编译linker替换到/system/lib/linker中:

图片6.png
图片7.png

可以获取到如下的地址信息:

图片8.png

通过根据tombstone中的/proc/<poc>/maps的虚拟内存地址与日志打印的地址进行对比,可以发现最为符号表地址的s并没有指向so文件在虚拟内存中的地址段,因此可以怀疑,so加载确实出现了异常。

因为手机root,可以直接获取到crash时的so文件(adb pull /data/data/com.tencent.weishi/appresArchiveExtra/res1bodydetect/bodydetect/libxnet.so),导出来对比md5,然而发现与正常情况下的so是一模一样的:

图片9.png

既然前面的这些实验都没有得出什么有意义的结论,那么我回过头来分析一下,与问题关联的so加载到底有什么特殊性。

实际上,微视为了减包,将一部分so文件进行下发,由于so也处于不断迭代的过程中,新版本的微视可能会在后台更新so文件,那么客户端一旦发现新的版本有新的so,就会去下载so并进行本地替换。

那么这个过程有什么问题呢?唯一可能的问题,就是先加载了旧的so,之后下载新的so进行了热更新。

我们先看下微视中是否有这种现象。要观察这种现象,我们可以打开linker自身的调试开关,开启so加载的日志。通过设置系统属性,我们可以很容易地进行开启LD_LOG日志:

adb shell setprop debug.ld.all dlerror,dlopen

图片10.png

当然我们也可以只针对某个应用开启这个日志(设置系统属性debug.ld.app.)。另外,为了开启linker中更多的日志,比如DEBUG打印的信息等,我们只需要在adb shell中设置环境变量:

export LD_DEBUG=10

图片11.png
图片12.png

那么,我们重新复现问题,可以看到如下so加载过程:

6e193664b0c3bd7_mh1542192899167.jpg

这个过程表明:旧的so先被加载了,然后下载了新版本的so,并进行了替换。

这个过程有什么问题呢?根据《理解inode》一文我们可以得知,linux的文件系统使用的inode机制支持了so文件的热更新(动态更新),即每个文件都有一个唯一的inode号,打开文件后使用inode号区分文件而不是文件名:

八、inode的特殊作用由于inode号码与文件名分离,这种机制导致了一些Unix/Linux系统特有的现象。 1. 有时,文件名包含特殊字符,无法正常删除。这时,直接删除inode节点,就能起到删除文件的作用。 2. 移动文件或重命名文件,只是改变文件名,不影响inode号码。 3. 打开一个文件以后,系统就以inode号码来识别这个文件,不再考虑文件名。因此,通常来说,系统无法从inode号码得知文件名。 第3点使得软件更新变得简单,可以在不关闭软件的情况下进行更新,不需要重启。因为系统通过inode号码,识别运行中的文件,不通过文件名。更新的时候,新版文件以同样的文件名,生成一个新的inode,不会影响到运行中的文件。等到下一次运行这个软件的时候,文件名就自动指向新版文件,旧版文件的inode则被回收。

但是问题就出在这里,如果替换文件使用的是cp这样的操作,会导致原来的so文件截断,然后重新写入数据,但是inode并没有更新号,磁盘与内存中的信息出现不一致,这种情况在linux中很常见,比如这篇文章就进行了分析:

cp new.so old.so,文件的inode号没有改变,dentry找到是新的so,但是cp过程中会把老的so截断为0,这时程序再次进行加载的时候,如果需要的文件偏移大于新的so的地址范围会生成buserror导致程序core掉,或者由于全局符号表没有更新,动态库依赖的外部函数无法解析,会产生sigsegv从而导致程序core掉,当然也有一定的可能性程序继续执行,但是十分危险。2. mv new.so old.so,文件的inode号会发生改变,但老的so的inode号依旧存在,这时程序必须停止重启服务才能继续使用新的so,否则程序继续执行,使用的还是老的so,所以程序不会core掉,就像我们在第二部分删除掉log文件,而依然能用lsof命令看到一样。

还有更深入的解释:

Linux由于Demand Paging机制的关系,必须确保正在运行中的程序镜像(注意,并非文件本身)不被意外修改,因此内核在启动程序后会绑定 内存页 到这个so的inode,而一旦此inode文件被open函数O_TRUNC掉,则kernel会把so文件对应在虚存的页清空,这样当运行到so里面的代码时,因为物理内存中不再有实际的数据(仅存在于虚存空间内),会产生一次缺页中断。Kernel从so文件中copy一份到内存中去,a)但是这时的全局符号表并没有经过解析,当调用到时就产生segment fault , b)如果需要的文件偏移大于新的so的地址范围,就会产生bus error。

那么问题基本清晰了。我们在回去看看微视的代码,这里下载了so之后直接unzip到原来的路径,并没有先进行rm操作。

更近一步,我们自己写个demo测试下刚才的问题(2个按钮,一个加载指定so,一个调用so中的native方法):

图片14.png

代码不能再简单了:

图片15.png

正常加载so然后执行native方法都是ok的,使用rm+mv替换或者adb push替换也都是ok的,最后再按照错误的方法操作,步骤为:

  1. 启动app,点击加载so;
  2. 通过cp命令替换so;
  3. 点击执行native方法;
图片16.png

结果确实是crash了:

图片17-截头图.png

日志如下,是不是很最开始的日志信息一样呢:

图片18.png

到此,我们有两种解决办法:

  1. 如果so有升级,先不加载旧的so,等新的so下载完成之后再加载;
  2. 可以先加载旧的so,但是下载了新的so之后,要删除旧的so,再进行替换。

引文参考:

https://www.cnblogs.com/cnland/archive/2013/03/19/2969337.html

https://www.cnblogs.com/cnland/archive/2013/03/20/2970537.html

http://www.nginx.cn/1329.html

http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/12/inode.html

https://www.bo56.com/linux%E4%B8%8Bcp%EF%BC%8Cmv%E8%BF%9B%E8%A1%8C%E5%8A%A8%E6%80%81%E5%BA%93%E8%A6%86%E7%9B%96%E9%97%AE%E9%A2%98%E5%88%86%E6%9E%90/

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