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mock

mock测试就是在测试过程中，对于某些不容易构造或者不容易获取的对象，用一个虚拟的对象来创建以便测试的测试方法。

函数

CPU运行时实际主要是和寄存器打交道。运行函数时就是把对应代码区的指令搬到寄存器中，基于此我们可以在函数开头处替换掉部分指令，让CPU跳转到另外的执行地址以实现mock。

实现

替换指令只需要mov rax; jmp rax;

先把跳转地址放到rax寄存器，再跳转到对应地址。这里也可以把替换掉的指令保存一下，这样就也可以做到恢复原函数。

因为指令位于只读区，替换时还要改变内存属性。

优势

运行时替换，代码侵入性小，可以在单独的单元测试文件中实现。
可以mock没有源码的函数，比如c库中对系统调用的一些封装函数write等。
可以在mock函数中调用原函数
mock的优势，可以使单元测试的覆盖率接近100%。

劣势

因为实现过程用到了mprotect和memcpy，所以不能mock使用到的函数，但是可以通过单独实现所使用函数来避免这个问题
与架构相关，实现方式的指令与架构绑定。主要考虑了x86,x86_64,arm架构。

mock.c

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#include <sys/mman.h>
#include <string.h>
#include "mock.h"
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#define PAGE_SIZE      (1<<12)
#define POINTER_LEN    (sizeof(void *))
#define MOCK_CODE_LEN  (2 + POINTER_LEN + 2)
#define MAX_MOCK_NUM   (1024)
​
const char MOV[] = {'\x48', '\xb8'};
const char JMP[] = {'\xff', '\xe0'};
​
​
struct mock_info
{
    char origin_code[MOCK_CODE_LEN];
    void *addr;
};
​
struct mock_info origin_fns[MAX_MOCK_NUM] = {0};
unsigned int mock_fn_num = 0;
​
​
int mock(void *old_fn, void *new_fn)
{
    struct mock_info *info;
    int id = -1;
    if (mock_fn_num == MAX_MOCK_NUM)
        return -1;
    for(int i = 0; i < MAX_MOCK_NUM; ++i)
    {
        if (!origin_fns[i].addr)
        {
            id = i;
            break;
        }
    }
    if (id < 0)
        return -1;
    info = &origin_fns[id];
    info->addr = old_fn;
    memcpy(info->origin_code, old_fn, MOCK_CODE_LEN);
    
    unsigned int mod = (unsigned long)old_fn % PAGE_SIZE;
    
    char *mem_start = (char *)old_fn - mod;
    if (mprotect(mem_start, mod + MOCK_CODE_LEN, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC))
        return -1;
    
    memcpy(old_fn, MOV, sizeof(MOV));
    memcpy(old_fn + sizeof(MOV), &new_fn, sizeof(void *));
    memcpy(old_fn + sizeof(MOV) + sizeof(void *), JMP, sizeof(JMP));
    
    if (mprotect(mem_start, mod + MOCK_CODE_LEN, PROT_READ | PROT_EXEC))
        return -1;
    ++mock_fn_num;
    return id;
}
​
int unmock(int id)
{
    if (id < 0 || id >= MAX_MOCK_NUM)
        return -1;
​
    if (origin_fns[id].addr)
    {
        unsigned int mod = (unsigned long)origin_fns[id].addr % PAGE_SIZE;
    
        char *mem_start = (char *)origin_fns[id].addr - mod;
            
        if (mprotect(mem_start, mod + MOCK_CODE_LEN, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC))
            return -1;
            
        memcpy(origin_fns[id].addr, origin_fns[id].origin_code, MOCK_CODE_LEN);
            
        if (mprotect(mem_start, mod + MOCK_CODE_LEN, PROT_READ | PROT_EXEC))
            return -1;
            
        origin_fns[id].addr = 0;
    }
    else
        return -1;
    
    return 0;
}
​
int mock_clear()
{
    for (int i = 0; i < MAX_MOCK_NUM; ++i)
    {
        unmock(i);
    }
    
    return 0;
}

mock.h

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#ifndef __MOCK_H
#define __MOCK_H
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int mock(void *old_fn, void *new_fn);
​
int unmock(int id);
​
int mock_clear();
​
#endif

demo.c

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#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include "mock.h"
​
void fun()
{
    printf("fun\n");
}
​
void mock_fun()
{
    printf("mock\n");
}
​
void fake_sleep(unsigned long s)
{
    return;
}
​
​
int main()
{
    int id;
    fun();
    id = mock(fun, mock_fun);
    fun();
    unmock(id);
    fun();
    
    sleep(2);
    id = mock(sleep, fake_sleep);
    unmock(id);
    return 0;
}

运行结果

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mock
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python -m cProfile -o profile.prof run.py
python -c "import pstats; p=pstats.Stats('profile.prof'); p.sort_stats('time').print_stats()"
# calls, cumulative, file, line, module, name, nfl, pcalls, stdname, time
# apt install graphviz
# pip install gprof2dot
gprof2dot -f pstats del.out | dot -Tpng -o output.png

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diskutil list
diskutil umountDisk /dev/disk2
sudo dd if=./linux.iso of=/dev/rdisk2 bs=1m

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vsyscall是kernel提供一个快速调用的方式，其实是牺牲了一定安全性的。
vsyscall.h

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#ifndef _ASM_X86_VSYSCALL_H
#define _ASM_X86_VSYSCALL_H

enum vsyscall_num {
	__NR_vgettimeofday,
	__NR_vtime,
	__NR_vgetcpu,
};

#define VSYSCALL_START (-10UL << 20)
#define VSYSCALL_SIZE 1024
#define VSYSCALL_END (-2UL << 20)
#define VSYSCALL_MAPPED_PAGES 1
#define VSYSCALL_ADDR(vsyscall_nr) (VSYSCALL_START+VSYSCALL_SIZE*(vsyscall_nr))

#ifdef __KERNEL__
#include <linux/seqlock.h>

#define __section_vgetcpu_mode __attribute__ ((unused, __section__ (".vgetcpu_mode"), aligned(16)))
#define __section_jiffies __attribute__ ((unused, __section__ (".jiffies"), aligned(16)))

/* Definitions for CONFIG_GENERIC_TIME definitions */
#define __section_vsyscall_gtod_data __attribute__ \
	((unused, __section__ (".vsyscall_gtod_data"),aligned(16)))
#define __section_vsyscall_clock __attribute__ \
	((unused, __section__ (".vsyscall_clock"),aligned(16)))
#define __vsyscall_fn \
	__attribute__ ((unused, __section__(".vsyscall_fn"))) notrace

#define VGETCPU_RDTSCP	1
#define VGETCPU_LSL	2

extern int __vgetcpu_mode;
extern volatile unsigned long __jiffies;

/* kernel space (writeable) */
extern int vgetcpu_mode;
extern struct timezone sys_tz;

extern void map_vsyscall(void);

#endif /* __KERNEL__ */

#endif /* _ASM_X86_VSYSCALL_H */

可以看到gettimeofday,time,getcpu这三个系统调用给了固定地址，起始地址是-10UL << 20,依次是三个函数的地址。

getcpu() was added in kernel 2.6.19 for x86-64 and i386. Library support was added in glibc 2.29.

vdso地址随机化，增强了安全性。