静态分析C语言生成函数调用关系的利器——cally和egypt

2024-01-25 06:52
文章标签 语言 分析 关系 生成 静态 利器 函数调用 cally egypt

本文主要是介绍静态分析C语言生成函数调用关系的利器——cally和egypt，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

大纲

  • 准备工作
  • 安装graphviz
  • 安装cally
  • 安装egypt
  • 简单分析
    • GCC产生RTL（Register transfer language）文件
    • cally
    • egypt
    • 总结
  • 高级分析
    • cally
    • egypt
  • 总结
  • 参考资料

在《静态分析C语言生成函数调用关系的利器——cflow》和《静态分析C语言生成函数调用关系的利器——cflow（二）》中，我们介绍了使用cflow直接分析c语言源码导出调用栈的方法。在做实验的过程中，我一直在思考一个问题：cflow能解释C语言？看了下源码后，发现它的确有解析的模块。大家可以看下它的部分代码。

// parser.c
typedef struct {char *name;int type_end;int parmcnt;int line;enum storage storage;
} Ident;void parse_declaration(Ident*, int);
void parse_variable_declaration(Ident*, int);
void parse_function_declaration(Ident*, int);
……
static void
print_token(TOKSTK *tokptr)
{switch (tokptr->type) {case IDENTIFIER:case TYPE:case WORD:case MODIFIER:case STRUCT:case PARM_WRAPPER:case QUALIFIER:case OP:fprintf(stderr, "`%s'", tokptr->token);break;case LBRACE0:case LBRACE:fprintf(stderr, "`{'");break;case RBRACE0:case RBRACE:fprintf(stderr, "`}'");break;case EXTERN:fprintf(stderr, "`extern'");break;case STATIC:fprintf(stderr, "`static'");break;case TYPEDEF:fprintf(stderr, "`typedef'");break;case STRING:fprintf(stderr, "\"%s\"", tokptr->token);break;default:fprintf(stderr, "`%c'", tokptr->type);}
}

可以发现它是纯纯的文本解析。这就引发了我的一个担忧：如果C语言的编译器对文件的解释和cflow的解释器对同一份文件的结果解析不同怎么办？这个可能性还是存在的。
本文介绍的cally和egypt就很好的避开了这个问题，因为对文件的解析交给了GCC编译器。它们只是对编译器产生的中间结构化内容（Register transfer language）进行解释和整理，这个难度就比解析C语言源码要简单。产出的DOT (graph description language)文件交给dot程序生成调用栈的图。
在这里插入图片描述
我们还是以《静态分析C语言生成函数调用关系的利器——cflow（二）》中的libevent库为例。

准备工作

安装graphviz

sudo apt install graphviz

安装cally

cally就是一个python脚本，我们只要把工程代码下载下来即可。

git clone https://github.com/chaudron/cally.git

安装egypt

wget https://www.gson.org/egypt/download/egypt-1.11.tar.gz .
tar xzf egypt-1.11.tar.gz
rm egypt-1.11.tar.gz
cd egypt-1.11
perl Makefile.PL
make
sudo make install
cd -

简单分析

GCC产生RTL（Register transfer language）文件

libevent库中的test-time程序是通过链接编译完的libevent.a和libevent_core.a生成的。现在我们不能依赖原工程中的cmake来生成，需要自己编写编译指令。（还是需要先把整个工程编译一遍，具体见《静态分析C语言生成函数调用关系的利器——cflow（二）》中坑3：缺失编译时产生的文件）。

gcc ./test/test-time.c \-I./build/include/ -I./include -I./ \-L./build/lib/ -Wl,-Bstatic -levent -levent_core -Wl,-Bdynamic \-o test-time-main

上面的脚本可以正确将test-time.c编译成可执行文件。
现在我们只要让它产出RTL文件即可。

gcc ./test/test-time.c \-I./build/include/ -I./include -I./ \-L./build/lib/ -Wl,-Bstatic -levent -levent_core -Wl,-Bdynamic \-fdump-rtl-expand

这样就产生了一个名字叫a-test-time.c.245r.expand的RTL文件。

cally

将上一步生成的文件拷贝到cally.py所在的目录，然后执行

python3 ./cally.py a-test-time.c.245r.expand |  dot -Grankdir=LR -Tpng -o cally_test_time_call_graph.png

请添加图片描述

egypt

egypt a-test-time.c.245r.expand --include-external |  dot -Grankdir=LR -Tpng -o egypt_test_time_call_graph.pn
g

请添加图片描述

总结

我们看下test-time.c的部分源码。可以看到egypt的展现更加准确，因为它将time_cb和main进行了关联，而cally则没展现出来这层关系。

static int
rand_int(int n)
{return evutil_weakrand_(&weakrand_state) % n;
}static void
time_cb(evutil_socket_t fd, short event, void *arg)
{struct timeval tv;int i, j;called++;if (called < 10*NEVENT) {for (i = 0; i < 10; i++) {j = rand_int(NEVENT);tv.tv_sec = 0;tv.tv_usec = rand_int(50000);if (tv.tv_usec % 2 || called < NEVENT)evtimer_add(ev[j], &tv);elseevtimer_del(ev[j]);}}
}int
main(int argc, char **argv)
{struct event_base *base;struct timeval tv;int i;#ifdef _WIN32WORD wVersionRequested;WSADATA wsaData;wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2);(void) WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
#endifevutil_weakrand_seed_(&weakrand_state, 0);if (getenv("EVENT_DEBUG_LOGGING_ALL")) {event_enable_debug_logging(EVENT_DBG_ALL);}base = event_base_new();for (i = 0; i < NEVENT; i++) {ev[i] = evtimer_new(base, time_cb, event_self_cbarg());tv.tv_sec = 0;tv.tv_usec = rand_int(50000);evtimer_add(ev[i], &tv);}i = event_base_dispatch(base);printf("event_base_dispatch=%d, called=%d, EVENT=%d\n",i, called, NEVENT);if (i == 1 && called >= NEVENT) {return EXIT_SUCCESS;} else {return EXIT_FAILURE;}
}

我们看到上面图片并没有展现诸如event_add这类外部函数的底层调用栈。这是因为这些函数是作为静态库提供给test-time进行链接的。且我们并没有生成它们的RTL文件，所以不能分析出完整的调用关系。
为了展现更加具体的调用关系，我们将进行一些改造，以获得更多RTL进行分析。

高级分析

上面问题的根源在于test-time编译依赖于静态库，我们首先要解决这个问题，就是要手撸一条可用的编译指令。
这个实验的主要难点也是在这个指令的正确书写，中间修正的过程我就不表了，直接贴出结果。

gcc `find . -regextype posix-extended -regex '^./[^/]*\.c$' ! -name 'wepoll.c' ! -name 'win32select.c' ! -name 'evthread_win32.c' ! -name 'buffer_iocp.c' ! -name 'bufferevent_async.c' ! -name 'arc4random.c' ! -name 'event_iocp.c' ! -name 'bufferevent_mbedtls.c'` \./test/test-time.c \-I./build/include/ -I./include -I./ \-L./build/lib/ -lcrypto -lssl \-DLITTLE_ENDIAN -D__clang__ \-UD_WIN32 -UDMBEDTLS_SSL_RENEGOTIATION \-fdump-rtl-expand

这样我们得到一堆RTL文件。这些文件我都将其拷贝到cally和egypt测试工程的sample目录下。

cally

python3 ./cally.py ../sample/*.expand --caller main |  dot -Grankdir=LR -Tsvg -o cally_full_test_time_call_graph.svg

生成文件非常大，就不展示了。（见https://github.com/f304646673/tools/tree/main/cally）
只展示event_add函数的调用栈。
在这里插入图片描述

egypt

egypt sample/*.expand --include-external --callees main |  dot -Grankdir=LR -Tsvg -o egypt_full_test_time_call_graph.svg

生成文件非常大，就不展示了。（见https://github.com/f304646673/tools/tree/main/egypt）
只展示event_add函数的调用栈。
在这里插入图片描述

总结

egypt比cally优秀，可以分析出更加复杂的调用关系。

参考资料

  • https://www.gson.org/egypt/
  • https://www.gson.org/egypt/egypt.html
  • https://github.com/chaudron/cally
  • https://ftp.gnu.org/gnu/cflow/

这篇关于静态分析C语言生成函数调用关系的利器——cally和egypt的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/642435。

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