c语言自动插桩,01 - LLVM Pass 实现 C函数插桩

网上我就搜到这一篇文章介绍使用 LLVM Pass 的方式，来实现函数插桩。

但是按照他文章的一步步坐下来，发现各种报错，要不就是 pass 无法被 xcode 加载，反正遇到了不少的问题。

而且该作者很多核心的部分都没有写出来，不知道是因为太简单，还是不想让别人知道 ~

经历了两周多左右的研究，以 LLVM 小白的身份，终于跑起来了 ~ 不容易 ~

注意：如下内容，最好需要你已经有 LLVM 环境！！！

02. C 函数手动插桩

long _ly_fun_b()

{

struct timeval star;

gettimeofday(&star, NULL);

long b = star.tv_sec * 1000000 + star.tv_usec;

return b;

}

void _ly_fun_e(char *name, long b)

{

struct timeval end;

gettimeofday(&end, NULL);

long e = end.tv_sec * 1000000 + end.tv_usec;

long t = e - b;

printf("%s %ld us\n",name, t);

}

int main()

{

long b = _ly_fun_b();

printf("hello world!");

_ly_fun_e("main", b);

return 0;

}

手动插桩实际上就是将预先写好的开始和结束两个函数的调用，手动写入到 main() 执行前和执行后。

那么自动插桩了？

就是不需要手动在 main() 中进行修改，而是在编译的过程中，自动将上面2个函数，插入到 main() 执行前和执行后。

那么如何在编译的时候，在 main() 插入其他的函数调用了？

03. 通过 LLVM Pass 自动插桩的过程

001.jpg

这里涉及一些 LLVM IR 的东西，在这里就不列举了，可以自己去学习下。

总之，我们可以在如上橘黄色 Optimizer (优化器)这部分，来完成自动插桩的目的。

而 LLVM 留给开发者在 Optimizer (优化器)阶段读写 IR 的方式也有很多，比如：Pass、ClangPlugin ..

至于 Pass 和 ClangPlugin 对比，可以自己去看下，本文通过 Pass 来实现。

04. 实现函数插桩 Pass

04-01. $LLVM_SOURCE/lib/Transforms/MyPlacement/MyPlacementPass.cpp

#include

#include "llvm/Support/raw_ostream.h"

#include "llvm/Pass.h"

#include "llvm/IR/Module.h"

#include "llvm/IR/Function.h"

#include "llvm/IR/Instructions.h"

#include "llvm/IR/LegacyPassManager.h"

#include "llvm/IR/IRBuilder.h"

//#include "llvm/IR/BasicBlock.h"

//#include "llvm/IR/Constants.h"

//#include "llvm/IR/LLVMContext.h"

//#include "llvm/IR/Type.h"

#include "llvm/Transforms/IPO/PassManagerBuilder.h"

using namespace llvm;

struct MyPlacementPass : public FunctionPass

{

static char ID;

MyPlacementPass() : FunctionPass(ID){}

bool runOnFunction(Function &F) override

{

printf("------------- runOnFunction --------------\n");

if (F.getName().startswith("_ly_fun"))

{

return false;

}

LLVMContext &context = F.getParent()->getContext();

BasicBlock &bb = F.getEntryBlock();

Instruction *beginInst = dyn_cast(bb.begin());

FunctionType *type = FunctionType::get(Type::getInt64Ty(context), {}, false);

Constant *beginFun = F.getParent()->getOrInsertFunction("_ly_fun_b", type);

Value *beginTime = nullptr;

if (Function *fun = dyn_cast(beginFun))

{

CallInst *inst = CallInst::Create(fun);

inst->insertBefore(beginInst);

beginTime = inst;

}

for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I)

{

BasicBlock &BB = *I;

for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)

{

ReturnInst *IST = dyn_cast(I);

if (IST)

{

FunctionType *type = FunctionType::get(Type::getVoidTy(context), {Type::getInt8PtrTy(context),Type::getInt64Ty(context)}, false);

Constant *s = BB.getModule()->getOrInsertFunction("_ly_fun_e", type);

if (Function *fun = dyn_cast(s))

{

IRBuilder<> builder(&BB);

CallInst *inst = CallInst::Create(fun, {builder.CreateGlobalStringPtr(BB.getParent()->getName()), beginTime});

inst->insertBefore(IST);

}

return false;

}

};

char MyPlacementPass::ID = 0;

// Automatically enable the pass.

// http://adriansampson.net/blog/clangpass.html

static void registerSkeletonPass(const PassManagerBuilder &, legacy::PassManagerBase &PM)

{

PM.add(new MyPlacementPass());

}

static RegisterStandardPasses RegisterMyPass(PassManagerBuilder::EP_EarlyAsPossible, registerSkeletonPass);

如上代码基本与前面的博客文章中的差不太多，但是底部的几句代码，那篇博客中并没有贴出来，这也是我经历了一两周摸索 ~

不加上这几句，编译出来的 dylib ，总是无法被 clang 加载执行。

并且注意如上代码是用的 LLVM 8.0.1 版本的代码，对应 LLVM github 源码仓库中的是 release_80 分支的代码。

我当时使用的是 LLVM github 源码仓库中的是 release_90 分支代码，如上代码一直编译报错，发现很多的 API 都已经变了，搜搜了很多文档才找到新的 API 使用。

这是 Pass 的毛病，因为依赖的是 libclang 库，而这个库 API 是不稳定的，经常会发生变化。

04-02. $LLVM_SOURCE/lib/Transforms/MyPlacement/CMakeLists.txt

add_llvm_library( MyPlacementPass MODULE

MyPlacementPass.cpp

)

04-03. 构建生成 Pass dylib

image.png

╭─xiongzenghui at xiongzenghui的MacBook Pro in ~/llvm-8.0.1.src/build/Debug/lib using ‹ruby-2.4.1›

╰─○ ll | grep -i 'MyPlacementPass'

-rwxr-xr-x 1 xiongzenghui staff 149K 10 10 22:52 MyPlacementPass.dylib

MyPlacementPass.dylib 这个动态库就是要使用到的 LLVM Pass。

05. 新建一个 Mac App 项目, 使用 Pass

05-01. Build Settings 中新增 CC、CXX 两项用户定义设置, 指向自己编译的 clang

image.png

05-02. Build Settings 修改 OTHER_CFLAGS 加载 pass dylib

image.png

05-03. 如果编译报错: unknown argument index ...

image.png

Build Settings 栏目中搜索 index , 然后将 Enable Index-Wihle-Building Functionality 默认值 Default 改为 NO

image.png

05-04. 运行 mac app

image.png

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