Linux上执行内存中的脚本和程序

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所属分类:linux技术
摘要

在Linux中可以不需要有脚本或者二进制程序的文件在文件系统上实际存在,只需要有对应的数据在内存中,就有办法执行这些脚本和程序。

Linux中可以不需要有脚本或者二进制程序的文件在文件系统上实际存在,只需要有对应的数据在内存中,就有办法执行这些脚本和程序。

原理其实很简单,Linux里有办法把某块内存映射成文件描述符,对于每一个文件描述符,Linux会在/proc/self/fd/<文件描述符>这个路径上创建一个对应描述符的实体,这个路径可以当成普通的文件来用,能正常从中读出数据,因此只要有可执行权限,就可以加载后运行。

其中第一步是创建内存到文件描述符的映射,这一步可以靠memfd_create这个系统调用实现。这个系统调用会返回一个文件描述符,关联到一块内存上,默认大小是0,大多数对普通文件描述符可行的操作对这个描述符也都可用,比如read,write,ftruncate,close。write数据进去的时候系统会自动分配合适长度的内存。当所有引用这块内存的fd被close之后,这块内存会被自动释放。

总之memfd_create提供了像操作文件一样操作内存的能力,是一切皆文件理念的体现之一。

而且memfd_create创建的页面默认有可执行权限,在proc底下的对应的描述符文件也有可执行权限。

所以我们只要把脚本或者二进制程序的数据写进memfd_create返回的描述符就已经做完前两步了。其中对于脚本有一些要求,需要带有Shebang(类似#!/usr/bin/env python3这种)。

有一点需要注意,虽然/proc/self/fd/<文件描述符>有描述符文件存在,但实际上这就是个软链接,而我们的数据全在内存里。

写入成功后可以利用execve执行proc下的描述符文件,也可以通过fexecve系统调用直接调用文件描述符。golang没提供fexecve,所以示例用exec.Cmd

例子:

package main  import ( 	"fmt" 	"os" 	"os/exec" 	"time"  	"golang.org/x/sys/unix" )  func main() {     // 名字其实无所谓,传空字符传也许,名字只是方便debug没有其他影响 	fd, err := unix.MemfdCreate("memexec", unix.MFD_CLOEXEC) 	if err != nil { 		panic(err) 	} 	file := os.NewFile(uintptr(fd), "memexec") 	defer func() { 		if err := file.Close(); err != nil { 			panic(err) 		} 	}() 	_, err = file.Write([]byte("#!/usr/bin/env pythonnimport mathnprint('Hello, world!')n")) 	if err != nil { 		panic(err) 	} 	_, err = file.Write([]byte("print(f'{math.sqrt(2)=}')n")) 	if err != nil { 		panic(err) 	}     // 因为设置了CLOEXEC,子进程里execve之后看不到这个描述符,会导致调用失败     // 所以只能用父进程的 	cmd := exec.Command(fmt.Sprintf("/proc/%d/fd/%d", os.Getpid(), fd)) 	data, err := cmd.Output() 	fmt.Println("output:", string(data)) 	if err != nil { 		panic(err) 	} } 

golang的话还以配合embed把二进制程序的数据提前嵌入程序内,这样写入的时候会比较方便。

安全性:memfd_create创建的东西默认有可执行权限,同时默认也是可写的,很可能会被恶意程序利用,所以目前内核也在推进解决这个问题已经添加了flag可以让不添加可执行权限,这里建议是遵守权限最小化的原则。

memfd原本的用途:用来在内存中创建文件(比如不想在存储器上创建文件时可以用这个),并可以在父子进程间传递(最好配合file sealing api使用,防止数据被意外修改);或者干脆当匿名共享内存用。执行内存中的程序是附带效果。

参考资料

https://magisterquis.github.io/2018/03/31/in-memory-only-elf-execution.html