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[原创]从Java到Native，so中的函数是如何一步步被加载的？

发表于: 2025-3-10 21:17 33499

[原创]从Java到Native，so中的函数是如何一步步被加载的？

xianyuuuan 活跃值

2025-3-10 21:17

33499

so？what can i do?

首先在java层肯定是要去调用so层文件,本篇重点讲解native层的加载流程，此处不再赘述。

“Dynamic Link” 动态装载库，我们会想到windows系统中，存在加载dll文件的动态加载类型，在linux中，类似的文件就是.so文件了，而加载文件的重要函数就是dlopen。

dlopen：该函数将打开一个新库，并把它装入内存。该函数主要用来加载库中的符号，这些符号在编译的时候是不知道的。这种机制使得在系统中添加或者删除一个模块时，都不需要重新进行编译。

函数原型

第一个参数是头文件所在的文件名，也就是so文件，第二个标志参数有很多，例如有RTLD_NOW和RTLD_LAZY立即计算和需要时计算，以及RTLD_GLOBAL使得那些在以后才加载的库可以获得其中的符号。方式就是dlopen返回的句柄作为dlsym()的第一个参数，获取符号在库中的地址。

此函数作为安卓平台上特有的函数是dlopen函数的拓展版本，进一步增强了dlopen函数的功能

函数原型

可以看到在原函数基础上增加了ext_data参数

参照源码可以大致了解增强的功能，其中大部分功能与第二个参数flag中的一些功能标志位相关联

此版本为安卓4源码分析，最新版本的安卓号的加载流程在代码量上有进一步的提升，但是基础原理类似。

上面的dlopen函数只是一个引子，真正的核心功能代码实现在do_dlopen函数中

此函数的类型为soinfo指针，soinfo代表的含义是“进程加载的so链”，其中包含了已经被加载的so 的信息。这里所返回的值也是si——进程加载的so链。

其中涉及的主要两步函数为find_library和CallConstructor下面会继续介绍。

find_library函数传入参数后也会进行进一步的函数调用，流程见注释

涉及知识点：elf文件格式，文件分区的加载

此函数根据上面的soinfo链接映像函数分析的section动态节区中的信息，获取共享库依赖的所有的so文件名，所有的依赖库初始化完成后，执行init_func、init_array方法初始化该动态库。

这两个函数是so文件在被加载或者卸载时自动执行的函数，用于初始化的操作，其中init函数优先于init_array函数。作为so层加载很早的函数，可以通过实现hook他来绕过一些关键的检测点。

也正是因为加载过早且初始化后只加载一次，我们如果直接去hook是无法get到的，通过上面的流程我们知道了这两个函数是在call_constructors中进行加载，我们就可以通过逆向hook相关的native函数进行加载hook。通过在android_dlopen_ext加载过程中进行hook操作。

这里有一步很关键的操作，关于call_constructors 函数，call_constructors 是在共享库加载时被调用的函数。意思就是他是存储在安卓本机中的本地链接库函数，而他的位置文件具体就在/system/bin/linker64中，我们将他从手机上pull下来进行反编译并查找相关函数可以看到。

反编译的结果与我们上文看到的函数功能接近。

通过hookandroid_dlopen_ext定位我们要hook的so文件，通过hook linker64中的 call_constructors函数可以修改init和init_array的流程。

这里需要注意的是关于偏移地址的查找，可以通过pie，ida等工具或者在linux环境中执行命令

通过 JNIEXPORT 和 JNICALL 两个宏定义声明，在虚拟机加载 so 时发现上面两个宏定义的函数时就会链接到对应的 native 方法。

通过 RegisterNatives 方法手动完成 native 方法和 so 中的方法的绑定，这样虚拟机就可以通过这个函数映射表直接找到相应的方法了。

流程如下。

通过RegisterNatives(JNI *env ,jclass clazz ,const JNINativeMethord *methord ,jint nmethods)函数，参数分别代表：java环境，java类的描述符，待注册的方法集合，待注册方法数量。

其中“待注册方法集合”是名为JNINativeMethord的结构体，内容如下

这里的第二个参数为方法签名需要注意，类型为字符串，由一对小括号和若干签名符号组成，其中括号内写传入参数的签名符号，没有参数则不写，括号外写返回参数的签名符号。

实例：Java层函数String getText(int a,byte[] b)就是(I[B)Ljava/lang/String;

可以看出，在动态加载的过程中，很关键的方法就是流程图中的RegisterNatives在这其中的参数有很多设置方法名的敏感信息。

《安卓逆向这档事》十七、你的RPCvs佬的RPC - 吾爱破解 - 52pojie.cn

[原创] 细说So动态库的加载流程-Android安全-看雪-安全社区|安全招聘|kanxue.com

android so加载 - vendanner - 博客园

a2dK9s2c8@1M7s2y4Q4x3@1q4Q4x3V1k6Q4x3V1k6U0M7#2)9J5k6h3q4F1k6s2u0G2K9h3c8Q4x3X3g2U0L8$3#2Q4x3V1k6S2L8X3c8J5L8$3W2V1i4K6u0r3M7r3I4S2N6r3k6G2M7X3#2Q4x3V1k6K6N6i4m8W2M7Y4m8J5L8$3A6W2j5%4c8Q4x3V1k6E0j5h3W2F1i4K6u0r3i4K6u0n7i4K6u0r3L8h3q4A6L8W2)9K6b7h3u0A6L8$3&6A6j5#2)9J5c8X3I4A6j5X3y4Q4x3V1k6A6L8X3y4D9N6h3c8W2i4K6u0r3j5h3&6V1M7X3!0A6k6q4)9J5c8X3c8D9k6i4S2@1i4K6u0W2K9q4)9K6b7X3I4Q4x3@1b7I4y4K6c8Q4x3@1u0V1M7X3y4Q4x3@1b7$3z5h3f1J5j5U0N6U0y4o6t1$3k6h3b7#2j5X3g2X3y4X3u0W2x3K6j5&6j5U0N6W2y4r3b7K6x3o6m8W2x3K6M7H3k6r3x3K6z5h3y4V1i4K6y4n7j5Y4m8$3i4K6y4p5x3q4)9K6b7X3u0H3N6q4)9K6c8o6q4Q4x3@1k6Z5L8q4)9K6c8s2A6Z5i4K6u0V1j5$3^5`.

so逆向筑基-hook init init_array 和JNI_OnLoad

void *dlopen(const char *filename, int flag);

void* android_dlopen_ext(const char* path, int flag, const void* ext_data);

typedef struct {

  /** A bitmask of `ANDROID_DLEXT_` enum values. */

  uint64_t flags;
 
  /** Used by `ANDROID_DLEXT_RESERVED_ADDRESS` and `ANDROID_DLEXT_RESERVED_ADDRESS_HINT`. */

  void*   _Nullable reserved_addr;

  /** Used by `ANDROID_DLEXT_RESERVED_ADDRESS` and `ANDROID_DLEXT_RESERVED_ADDRESS_HINT`. */

  size_t  reserved_size;
 
  /** Used by `ANDROID_DLEXT_WRITE_RELRO` and `ANDROID_DLEXT_USE_RELRO`. */

  int     relro_fd;
 
  /** Used by `ANDROID_DLEXT_USE_LIBRARY_FD`. */

  int     library_fd;

  /** Used by `ANDROID_DLEXT_USE_LIBRARY_FD_OFFSET` */

  off64_t library_fd_offset;
 
  /** Used by `ANDROID_DLEXT_USE_NAMESPACE`. */

  struct android_namespace_t* _Nullable library_namespace;
} android_dlextinfo;

typedef struct {

/** A bitmask of `ANDROID_DLEXT_` enum values. */

uint64_t flags;

/** Used by `ANDROID_DLEXT_RESERVED_ADDRESS` and `ANDROID_DLEXT_RESERVED_ADDRESS_HINT`. */

void* _Nullable reserved_addr;

/** Used by `ANDROID_DLEXT_RESERVED_ADDRESS` and `ANDROID_DLEXT_RESERVED_ADDRESS_HINT`. */

size_t reserved_size;

/** Used by `ANDROID_DLEXT_WRITE_RELRO` and `ANDROID_DLEXT_USE_RELRO`. */

int relro_fd;

/** Used by `ANDROID_DLEXT_USE_LIBRARY_FD`. */

int library_fd;

/** Used by `ANDROID_DLEXT_USE_LIBRARY_FD_OFFSET` */

off64_t library_fd_offset;

/** Used by `ANDROID_DLEXT_USE_NAMESPACE`. */

struct android_namespace_t* _Nullable library_namespace;

} android_dlextinfo;

void* dlopen(const char* filename, int flags) {

  ScopedPthreadMutexLocker locker(&gDlMutex);

  soinfo* result = do_dlopen(filename, flags);

  if (result == NULL) {

    __bionic_format_dlerror("dlopen failed", linker_get_error_buffer());

    return NULL;

  }

  return result;
}
 
soinfo* do_dlopen(const char* name, int flags) {

    //判断传入标志的类型

  if ((flags & ~(RTLD_NOW|RTLD_LAZY|RTLD_LOCAL|RTLD_GLOBAL)) != 0) {

    DL_ERR("invalid flags to dlopen: %x", flags);

    return NULL;

  }

    //内存保护权限设置 此处为可读可写，目的是在加载find_library函数后可以对soinfo结构体的内容进行修改

  set_soinfo_pool_protection(PROT_READ | PROT_WRITE);

  soinfo* si = find_library(name); //这里返回了so信息链

  if (si != NULL) {

    si->CallConstructors(); //这里执行了此构造方法

  }

    //在这里就没有可写权限了

  set_soinfo_pool_protection(PROT_READ);

  return si;
}

void* dlopen(const char* filename, int flags) {

ScopedPthreadMutexLocker locker(&gDlMutex);

soinfo* result = do_dlopen(filename, flags);

if (result == NULL) {

__bionic_format_dlerror("dlopen failed", linker_get_error_buffer());

return NULL;

}

return result;

}

soinfo* do_dlopen(const char* name, int flags) {

//判断传入标志的类型

if ((flags & ~(RTLD_NOW|RTLD_LAZY|RTLD_LOCAL|RTLD_GLOBAL)) != 0) {

DL_ERR("invalid flags to dlopen: %x", flags);

return NULL;

}

//内存保护权限设置 此处为可读可写，目的是在加载find_library函数后可以对soinfo结构体的内容进行修改

set_soinfo_pool_protection(PROT_READ | PROT_WRITE);

soinfo* si = find_library(name); //这里返回了so信息链

if (si != NULL) {

si->CallConstructors(); //这里执行了此构造方法

}

//在这里就没有可写权限了

set_soinfo_pool_protection(PROT_READ);

return si;

}

static soinfo *find_loaded_library(const char *name)
{

    soinfo *si;

    const char *bname;
 
    // TODO: don't use basename only for determining libraries

    // 789K9s2c8@1M7q4)9K6b7g2)9J5c8W2)9J5c8X3y4G2k6r3g2Q4x3X3g2Y4L8$3!0Y4L8r3g2Q4x3X3g2U0L8$3#2Q4x3V1k6H3i4K6u0r3j5h3&6V1M7X3!0A6k6q4)9J5c8X3W2K6M7%4g2W2M7#2)9J5c8X3c8W2N6r3q4A6L8q4)9K6c8X3W2V1i4K6y4p5y4U0j5%4x3l9`.`.
 
    bname = strrchr(name, '/'); //分割so文件的名称

    bname = bname ? bname + 1 : name;
 
    for (si = solist; si != NULL; si = si->next) {//递归查找是否存在so文件名称

        if (!strcmp(bname, si->name)) {

            return si;

        }

    }

    return NULL;
}
 
static soinfo* find_library_internal(const char* name) {

  if (name == NULL) {

    return somain;  //返回共享库

  }
 
  soinfo* si = find_loaded_library(name);

  if (si != NULL) {

    if (si->flags & FLAG_LINKED) {// 前者检查是否有flag标志字段，后者检查是否被链接

      return si; //如果被链接就直接加载

    }

    DL_ERR("OOPS: recursive link to \"%s\"", si->name);

      //报错递归链接错误。

      //【递归链接：在动态库的加载过程中，如果同一个库被多次请求加载，可能会发生递归链接。通常这是不希望发生的情况，因为这会导致循环依赖或重复加载的错误。】

    return NULL;

  }
 
  TRACE("[ '%s' has not been loaded yet.  Locating...]", name);

    //发现未被加载后会通过load_library重新加载

  si = load_library(name); //load_library的函数在下面介绍

  if (si == NULL) { //如果再次加载仍为null 则返回null

    return NULL;

  }
 
  // At this point we know that whatever is loaded @ base is a valid ELF

  // shared library whose segments are properly mapped in.

    //返回了基址，大小和名称

  TRACE("[ init_library base=0x%08x sz=0x%08x name='%s' ]",

        si->base, si->size, si->name);
 
    //通过此函数

  if (!soinfo_link_image(si)) {//此函数实现了动态链接库中section信息解析。

    munmap(reinterpret_cast<void*>(si->base), si->size);

    soinfo_free(si);

    return NULL;

  }
 
  return si;
}
 
static soinfo* find_library(const char* name) {

  soinfo* si = find_library_internal(name);

  if (si != NULL) {

    si->ref_count++;

  }

  return si;
}

static soinfo *find_loaded_library(const char *name)

{

soinfo *si;

const char *bname;

// TODO: don't use basename only for determining libraries

// 789K9s2c8@1M7q4)9K6b7g2)9J5c8W2)9J5c8X3y4G2k6r3g2Q4x3X3g2Y4L8$3!0Y4L8r3g2Q4x3X3g2U0L8$3#2Q4x3V1k6H3i4K6u0r3j5h3&6V1M7X3!0A6k6q4)9J5c8X3W2K6M7%4g2W2M7#2)9J5c8X3c8W2N6r3q4A6L8q4)9K6c8X3W2V1i4K6y4p5y4U0j5%4x3l9`.`.

bname = strrchr(name, '/'); //分割so文件的名称

bname = bname ? bname + 1 : name;

for (si = solist; si != NULL; si = si->next) {//递归查找是否存在so文件名称

if (!strcmp(bname, si->name)) {

return si;

}

return NULL;

}

static soinfo* find_library_internal(const char* name) {

if (name == NULL) {

return somain; //返回共享库

}

soinfo* si = find_loaded_library(name);

if (si != NULL) {

if (si->flags & FLAG_LINKED) {// 前者检查是否有flag标志字段，后者检查是否被链接

return si; //如果被链接就直接加载

}

DL_ERR("OOPS: recursive link to \"%s\"", si->name);

//报错递归链接错误。

//【递归链接：在动态库的加载过程中，如果同一个库被多次请求加载，可能会发生递归链接。通常这是不希望发生的情况，因为这会导致循环依赖或重复加载的错误。】

return NULL;

}

TRACE("[ '%s' has not been loaded yet. Locating...]", name);

//发现未被加载后会通过load_library重新加载

si = load_library(name); //load_library的函数在下面介绍

if (si == NULL) { //如果再次加载仍为null 则返回null

return NULL;

}

// At this point we know that whatever is loaded @ base is a valid ELF

// shared library whose segments are properly mapped in.

//返回了基址，大小和名称

TRACE("[ init_library base=0x%08x sz=0x%08x name='%s' ]",

si->base, si->size, si->name);

//通过此函数

if (!soinfo_link_image(si)) {//此函数实现了动态链接库中section信息解析。

munmap(reinterpret_cast<void*>(si->base), si->size);

soinfo_free(si);

return NULL;

}

return si;

}

static soinfo* find_library(const char* name) {

soinfo* si = find_library_internal(name);

if (si != NULL) {

si->ref_count++;

}

return si;

}

void soinfo::CallConstructors() {

if (constructors_called) {

 return;
}
 
// We set constructors_called before actually calling the constructors, otherwise it doesn't
// protect against recursive constructor calls. One simple example of constructor recursion
// is the libc debug malloc, which is implemented in libc_malloc_debug_leak.so:
// 1. The program depends on libc, so libc's constructor is called here.
// 2. The libc constructor calls dlopen() to load libc_malloc_debug_leak.so.
// 3. dlopen() calls the constructors on the newly created
//    soinfo for libc_malloc_debug_leak.so.
// 4. The debug .so depends on libc, so CallConstructors is
//    called again with the libc soinfo. If it doesn't trigger the early-
//    out above, the libc constructor will be called again (recursively!).

constructors_called = true;
 

if ((flags & FLAG_EXE) == 0 && preinit_array != NULL) {

 // The GNU dynamic linker silently ignores these, but we warn the developer.

 PRINT("\"%s\": ignoring %d-entry DT_PREINIT_ARRAY in shared library!",

       name, preinit_array_count);
}
 

    //确保库已被初始化加载

if (dynamic != NULL) {

 for (Elf32_Dyn* d = dynamic; d->d_tag != DT_NULL; ++d) {

   if (d->d_tag == DT_NEEDED) {

     const char* library_name = strtab + d->d_un.d_val;

     TRACE("\"%s\": calling constructors in DT_NEEDED \"%s\"", name, library_name);

     find_loaded_library(library_name)->CallConstructors();

   }

 }
}
 

TRACE("\"%s\": calling constructors", name);
 

    //最后进行初始化函数的执行
// DT_INIT should be called before DT_INIT_ARRAY if both are present.

CallFunction("DT_INIT", init_func);

CallArray("DT_INIT_ARRAY", init_array, init_array_count, false);
}

void soinfo::CallConstructors() {

if (constructors_called) {

return;

}

// We set constructors_called before actually calling the constructors, otherwise it doesn't

// protect against recursive constructor calls. One simple example of constructor recursion

// is the libc debug malloc, which is implemented in libc_malloc_debug_leak.so:

// 1. The program depends on libc, so libc's constructor is called here.

// 2. The libc constructor calls dlopen() to load libc_malloc_debug_leak.so.

// 3. dlopen() calls the constructors on the newly created

// soinfo for libc_malloc_debug_leak.so.

// 4. The debug .so depends on libc, so CallConstructors is

// called again with the libc soinfo. If it doesn't trigger the early-

// out above, the libc constructor will be called again (recursively!).

constructors_called = true;

if ((flags & FLAG_EXE) == 0 && preinit_array != NULL) {

// The GNU dynamic linker silently ignores these, but we warn the developer.

PRINT("\"%s\": ignoring %d-entry DT_PREINIT_ARRAY in shared library!",

name, preinit_array_count);

}

//确保库已被初始化加载

if (dynamic != NULL) {

for (Elf32_Dyn* d = dynamic; d->d_tag != DT_NULL; ++d) {

if (d->d_tag == DT_NEEDED) {

const char* library_name = strtab + d->d_un.d_val;

TRACE("\"%s\": calling constructors in DT_NEEDED \"%s\"", name, library_name);

find_loaded_library(library_name)->CallConstructors();

}

TRACE("\"%s\": calling constructors", name);

//最后进行初始化函数的执行

// DT_INIT should be called before DT_INIT_ARRAY if both are present.

CallFunction("DT_INIT", init_func);

CallArray("DT_INIT_ARRAY", init_array, init_array_count, false);

}

__int64 __fastcall _dl__ZN6soinfo17call_constructorsEv(__int64 result)
{

  char v1; // w8

  __int64 v2; // x19

  const char *v3; // x2

  _QWORD *i; // x20

  __int64 v5; // x1

  __int64 v6; // x0

  __int64 v7; // x8

  char *v8; // x0

  __int64 v9; // x2

  __int64 v10; // x3

  char v11[16]; // [xsp+8h] [xbp-38h] BYREF

  __int64 v12; // [xsp+18h] [xbp-28h]

  __int128 v13; // [xsp+20h] [xbp-20h] BYREF

  char *v14; // [xsp+30h] [xbp-10h]
 
  if ( !(_dl_g_is_ldd | *(result + 248)) )

  {

    v1 = *(result + 48);

    v2 = result;

    *(result + 248) = 1;

    if ( (v1 & 4) == 0 && *(result + 136) && (_dl_g_ld_debug_verbosity & 0x80000000) == 0 )

    {

      if ( (*(result + 432) & 1) != 0 )

        v3 = *(result + 448);

      else

        v3 = (result + 433);

      _dl__Z10linker_logiPKcz(0xFFFFFFFFLL, "\"%s\": ignoring DT_PREINIT_ARRAY in shared library!", v3);

    }

    for ( i = *(v2 + 288); i; i = *i )

      _dl__ZN6soinfo17call_constructorsEv(i[1]);

    if ( (*(v2 + 48) & 0x10) == 0 )

    {

      _dl__ZNSt3__112basic_stringIcNS_11char_traitsIcEENS_9allocatorIcEEEC2IDnEEPKc(v11, "calling constructors: ");

      if ( (*(v2 + 432) & 1) != 0 )

        v5 = *(v2 + 448);

      else

        v5 = v2 + 433;

      v6 = _dl__ZNSt3__112basic_stringIcNS_11char_traitsIcEENS_9allocatorIcEEE6appendEPKc(v11, v5);

      v7 = *(v6 + 16);

      v13 = *v6;

      v14 = v7;

      *(v6 + 8) = 0LL;

      *(v6 + 16) = 0LL;

      *v6 = 0LL;

      if ( (v13 & 1) != 0 )

        v8 = v14;

      else

        v8 = &v13 + 1;

      _dl__Z18bionic_trace_beginPKc(v8);

      if ( (v13 & 1) != 0 )

        _dl__ZdlPv(v14);

      if ( (v11[0] & 1) != 0 )

        _dl__ZdlPv(v12);

    }

    if ( (*(v2 + 432) & 1) != 0 )

      v9 = *(v2 + 448);

    else

      v9 = v2 + 433;

    _dl__ZL13call_functionPKcPFviPPcS2_ES0_("DT_INIT", *(v2 + 184), v9);

    if ( (*(v2 + 432) & 1) != 0 )

      v10 = *(v2 + 448);

    else

      v10 = v2 + 433;

    result = _dl__ZL10call_arrayIPFviPPcS1_EEvPKcPT_mbS5_("DT_INIT_ARRAY", *(v2 + 152), *(v2 + 160), v10);

    if ( (*(v2 + 48) & 0x10) == 0 )

      return _dl__Z16bionic_trace_endv(result);

  }

  return result;
}