近况

呜呼！天气也是越来越冷了，不知不觉也快到年末了。我在回顾一些技术分享的时候，刚好看到几个大厂们常“玩”的概念，指令修改与指令擦除。 比如抖音基础技术里面就有介绍到，抖音在进行一些性能优化的时候，通过一些手段进行了指令集的修改，从而达到了一些优化的目的。

针对架构指令级别的“核武器”

在认识指令修改与指令擦除之前，我们来一段非常简单的C代码

void callee(int num){
    __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, "mooner", "%s %d", " 我是callee num is",num);
}

void caller(){
    callee(1);
}

当我调用caller的时候，会传递一个数值1作为参数调用callee函数，从而打印了本次的一个数值。这段代码即是没有学过C语言的同学，应该都能够看懂。

那么我们来反思一下，这一串代码，背后的逻辑是什么？我们都知道Android可以运行在ARM架构与X86等架构平台之上，手机上CPU也基本是ARM架构。那么CPU会认识C语言吗？显然不会，它不认识Java，也不认识C语言。因此运行在CPU上的，一定是CPU认识的指令集。ARM架构中有很多架构分类，每个架构也有着其运行的状态，比如ARMv8 上面有着64位运行状态AArch64 与 32位运行状态AArch32

通常，我们会在APP项目中gradle配置支持的架构，其实意义就在这里

当然，现在市面上大部分的手机CPU架构，基本都是基于ARMv8架构，运行在64位运行状态，即我们写的C语言或者Android本身的so，会被翻译成符合A64的指令集。

那么，我们写的caller函数，会被编译器翻译成符合A64指令集的汇编代码，我们可以通过objdump这个ndk工具，帮助我们去查看

objdump -d xxx.so 

objdump工具包伴随着NDK的下载就带有

我们可以通过把caller函数打包成so，最后查看编译的指令集如下：

需要注意的是，不同的指令集中，生成的指令代码也不一样，比如上图抖音ppt中，就是thumb指令集，即满足aarch32状态的指令集。而我们的是满足aarch64状态的64位指令集，也符合大部分手机。

那么怎么看汇编代码呢？首先我们要建立一个前提，上面一行代码对应着指令，指令由操作码+若干的操作数组成

比如常见的stp指令，其实就是把两个寄存器异常压入操作数中所给的地址中，比如

在aarch64状态中X代表着一个64位寄存器，W也代表着同一个寄存器，只是它只有32位被使用。在A64中，一共有31个通用寄存器，他们会根据一个调用规范（AAPSC64），各司其职。

理解了这些基本概念之后，大家就可以去找ARM的文档，查看各个指令的含义了，下面我们来简单解析我们的caller函数的汇编代码的含义

解析caller函数汇编代码

1. stp x29,x30 [sp,#-16]! :这条指令的操作码是stp，含义就是存储x29,x30 的内容到sp-16（压栈）的地方（这里面！代表着先计算，有兴趣的小伙伴可以多了解一下A64的调用，我这里就不再细节讲了）

2. mov x29,sp：就是把当前sp的值赋值给x29，即FP寄存器，这样我们后续做FP回溯拿堆栈的时候，就会带上了，这也是为什么aarch64状态能够用fp回溯，而aarch32默认不行的原因了（默认可以不遵守fp寄存器的调用规范）

3. mov w0,#0x1 ：接着就是把1这个是数，赋值给w0寄存器（x0寄存器同一个，只是它使用了32位），还记得我们调用callee函数吗，传递的数值正是1，又根据上图我们看到的AAPSC64调用规范，第一个参数是不是由X0（W0）寄存器负责存放呀？没错，这里是不是就对上了。

4. bl 6460callee@plt :这里就是跳转到了callee函数的got表地址，callee函数会通过got/plt那一套解析，最终在got表找到真正的callee函数（got/plt hook的知识有说到噢）

5. ldp x29，x30，[sp],#16 :bl指令会把下一条指令PC值保存到LR寄存器中；即执行完callee@plt会回到下一条指令，下一条就是ldp这一条指令。这里就是跟stp一一对应，把sp的数值依次赋值给x29与x30，然后sp = sp+16，其实就是函数结束了，要把栈空间给腾回来。 6.ret :结束调用，其实相当于 b LR 寄存器这个指令一样，跳转到LR寄存器的内容地址以执行下一条指令

至此，我们就结束了整个函数的汇编代码分析，当然，里面涉及很多细节我们还是没有说的，大家可以多参考官网指令集进行更多了解，见AArch64官网

指令修改

上文中，我们针对caller函数的汇编代码进行了分析，下面我们来进行指令修。我们不改动caller函数源代码情况下，把传入callee的参数从1变成2，这究竟要怎么做呢？

很多情况下，我们都不能修改到源代码，因此这个例子是有实际工程意义的，比如修改某个参数为固定某个值避免crash等等，在性能优化中都会用到。

我们从上文分析了caller函数的汇编代码，我们发现，caller调用callee函数进行参数赋值是，整数通过W0寄存器进行复制的，内容就是1

void callee(int num){
    __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, "mooner", "%s %d", " 我是callee num is",num);
}

如果我们能够修改这个参数为2，是不是就实现了我们的目的！我们只需要把mov w0,#0x1 变成 mov w0,#0x2 即可，前面的指令保持不变。

那么我们怎么应用呢？一个函数的指针，所指向的内容，就是具体的汇编指令，指令以16进行的形式存储，我们看看修改mov指令后的16进程代码是什么，然后赋值过去就可以了，这里有一个小工具，大家可以编写汇编代码然后转换为16进制

汇编转换16进制

使用后我们就拿到了符合ARM64的指令码，这个时候我们只需要替换前面12字节的数据就可以了

替换前：

替换后：

替换的时候，我们可以通过memcpy的方式，把我们的汇编代码替换原本的汇编代码，值得注意的是，默认代码段是不可写的，因此我们需要调用mprotect赋予可读可写权限（按照页为单位），同时修改完成之后，还别忘了清除指令缓存

这个时候我们调用以下代码，在手机中可以看到

caller();
hook();
caller();

很棒，调用callee的函数输入就变成了2，符合我们的预期

这个就是指令修改的一个小实现，实际情况下，我们可以通过这种方式，去修改我们想要的指令。inline hook 相关其实也是指令修改的实现之一，只不过它属于嵌入跳转指令。修改指令的前提是我们要对指令集足够了解。

指令删除

学习完指令修改之后，我们学习指令删除就比较轻松了。比如我们想要调用caller函数的时候，不去调用callee函数，那么我们怎么实现呢？

还是回到caller函数的汇编代码，我们看到跳转callee函数的代码，其实是通过bl 6460callee@plt 的方式去实现的，因此这个案例中，想要不去执行callee函数，我们把bl指令删除即可。当然，这里需要注意的是，因为调用callee函数是没有副作用的，即没有修改到其他依赖，因此我们可以直接把这条指令删除，实际情况下，我们还要考虑多种情况，比如bl指令下一条指令是否收到影响等等。

这里比较简单，我们只需要删除bl指令或者在bl指令替换成NOP指令，就能够完成我们的目的了，同样的，我们写上汇编代码，只需要替换bl指令为NOP指令（1F2003D5），

void hook(){
    uintptr_t pv = (uintptr_t)caller;
    uintptr_t pu = (pv | (PAGE_SIZE - 1)) + 1u;
    uintptr_t pd = (pv & ~(PAGE_SIZE - 1));
    mprotect((void *) pd, pv + 8u >= pu ? PAGE_SIZE * 2u : PAGE_SIZE,
             PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC);

    memcpy((void *const) caller, "\xFD\x7B\xBF\xA9\xFD\x03\x00\x91\x20\x00\x80\x52\x1F\x20\x03\xD5\xFD\x7B\xC1\xA8\xC0\x03\x5F\xD6", 24);
    __builtin___clear_cache((void *)PAGE_START(pv), (void *)PAGE_END(pv));
}

调用hook函数

caller();
hook();
caller();

__android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, "mooner", "%s", " caller 完成");

当然，本例子中可以这么简单，因为caller和callee函数足够简单，实际复杂任务上，还有考虑进行指令的补齐等等操作，我们可以具体案例具体分析～

总结

通过本文，我们了解到了指令修改与指令删除的基本实现，这些方式在性能优化中或者解决一些疑难杂症时有着奇效，因此也出现在很多国内大厂的方案中。我们了解了这些之后，才能更好的读懂分享出来的方案，从而落地到自己项目当中！

Android中涉及的技术栈可以很深也可以很广，看到这里，说明你已经很棒了！加油吧～

标签：指令安卓系统