对于线上的服务，经常会出现xxx服务的某一段逻辑里面有bug，需要紧急修复。对于无状态的服务，可以修复之后，直接重启。但是，对于有状态的服务，重启意味着内存状态丢失和长连接断开。比如，如果魔兽的服务器要重启，那么已经登录上来的玩家就会出现连接中断。对于不能容忍重启的有状态的服务，可以采取热更新的方式，来修复错误的逻辑。
它的基本原理很简单：
- 假设需要热更新的函数是func_a
- 进程在运行的过程中，通过信号或其他的机制，触发加载一个动态库。
- 动态库中包含定义了修复后的函数func_b
- 通过加载动态库之后，解析动态库中的符号表，找到要修复的函数func_a和修复后的实现func_b的内存地址
- 通过mprotect修改进程空间代码段的权限，添加写的权限。这样意味着可以修改func_a内存地址了。
- 在func_a的内存地址插入一段汇编代码，将调用func_a的逻辑跳转到func_b。
// 可以这么粗暴的理解 func_a() { // 插入代码 func_b(); return; // 错误的逻辑 } - 替换之后，原来func_a代码段的内容已经覆盖，新的内容是跳转到func_b。这样在后面的逻辑中，如果执行到调用func_a的逻辑，会跳转到修复后的func_b。逻辑被修正，程序实现了热更新。
下面开始具体的实现上述流程中的几个重要的步骤：
- 如何在运行的过程中加载一个so的库，并且解析到里面的符号表。
linux提供了下面的几个api#include <dlfcn.h> ... void *dlopen(const char *__file, int __mode) void *dlsym(void *__restrict__ __handle, const char *__restrict__ __name) int dlclose(void *__handle) char *dlerror(void)
举一个简单的例子，把一个函数打包为一个so库int print_age(int val) { cout << "val : " << val << endl; return 0; } /* g++ -fPIC -shared test_shared_so.cc -o test_shared.so */
编译的时候加上-fpic，生成位置无关代码。查看so的符号表，如下图：
当然，我这里是用了g++生成的符号表，如果希望看到的是干净的print_age符号,可以改为gcc。
下面写一个main函数去加载这个so库：
typedef int (*FUNC_PTR)(int);
int main()
{
//1. 调用dlopen加载so库
char patch[] = "./test_shared.so";
void *lib = dlopen(patch, RTLD_NOW);
if (NULL == lib)
{
cout << "dlopen failed , patch " << patch << endl;
return 0;
}
// 2. 查找函数符号表并且替换
FUNC_PTR p_func = (FUNC_PTR)dlsym(lib, "_Z9print_agei");
if (NULL == p_func)
{
cout << "fix symbol failed" << endl;
dlclose(lib);
return 0;
}
// 3. 执行函数
p_func(100);
return 0;
}
g++ dlopen.cc -rdynamic -ldl
-rdynamic
它将指示连接器把所有符号（而不仅仅只是程序已使用到的外部符号）
都添加到动态符号表（即.dynsym表）里，
以便那些通过 dlopen() （这一系列函数使用.dynsym表内符号）这样的函数使用。
-ldl
如果你的程序中使用dlopen、dlsym、dlclose、dlerror 显示加载动态库，需要设置链接选项 -ldl
通过dlopen，dlsym实现了在运行过程中加载一个动态库，并且可以解析到动态库里面的符号，实现调用。
- 如何获得代码段可写权限
#include <sys/mman.h> int mprotect(void *addr, size_t len, int prot);
具体的用法：addr: 修改保护属性区域的起始地址，addr必须是一个内存页的起始地址，简而言之为页大小（一般是 4KB == 4096字节）整数倍。 len: 被修改保护属性区域的长度 （如果len小于4096会被填充为4096） prot：可以取以下几个值，并可以用“|”将几个属性结合起来使用： 1）PROT_READ：内存段可读； 2）PROT_WRITE：内存段可写； 3）PROT_EXEC：内存段可执行； 4）PROT_NONE：内存段不可访问。 返回值：0；成功，-1；失败（并且errno被设置） - 获得获得对应函数的addr地址的页起始地址
// 获得系统内存分页 // 一般默认的页大小是4096 size_t page = getpagesize();
通过getpagesize找到要修改权限的内存页的起始地址，然后作为参数传入mprotect，给这段地址添加写的权限。func_begin_addr = &need_fix_func; char * begin_page_addr = (char *)func_begin_addr - ((uint64_t)(char *)func_begin_addr % page ); int ret = mprotect (begin_page_addr, (char *)old_func - align_point + inst_len, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC)) ; if ( 0 != ret) { return -1; } - 如何给要修复的函数插入跳转到新的函数的汇编
mov $new_func_entry, %rax # 48 b8 xx xx xx xx xx xx xx xx
jmp %rax # ff e0
//MOV new_func %rax
//JMP %rax
char prefix[] = {'\x48', '\xb8'};
char postfix[] = {'\xff', '\xe0'};
//将跳转指令写入原函数开头
memcpy(old_func, prefix, sizeof(prefix));
memcpy((char *)old_func + sizeof(prefix), &new_func, sizeof(void *));
memcpy((char *)old_func + sizeof(prefix) + sizeof(void *), postfix, sizeof(postfix));
DEMO 路径：
$ tree -L 2
.
|-- hot_fix
| |-- Makefile
| |-- hot_fix.cc
| |-- hot_fix.h
| |-- hot_fix.o
| |-- hot_fix_lib
| `-- libhot_fix.a
`-- test_prj
|-- Makefile
|-- app.cc
|-- app.h
|-- fix_patch.cc
|-- main
|-- main.cc
`-- patch.so
main.cc
using namespace std;
int main()
{
init_hot_fix_signal();
business_logic();
return 0;
}
app.cc
using namespace std;
// need fix here
int need_fix_func()
{
cout << "before fix_func addr : " << (void*)&need_fix_func <<endl;
int times = 10;
for (int i = 0; i < times; i++)
{
cout << "before fix cur times " << i << endl;
}
return 0;
}
int business_logic()
{
// do something
while(1)
{
sleep(2);
need_fix_func();
}
return 0;
}
hot_fix.cc
using namespace std;
static int fix_func(const void* new_func, void *old_func)
{
cout << "begin fix func " << endl;
//跳转指令
char prefix[] = {'\x48', '\xb8'}; //MOV new_func %rax
char postfix[] = {'\xff', '\xe0'}; //JMP %rax
//开启代码可写权限
size_t page_size= getpagesize();
const int inst_len = sizeof(prefix) + sizeof(void *) + sizeof(postfix);
char *align_point = (char *)old_func - ((uint64_t)(char *)old_func % page_size);
if (0 != mprotect(align_point, (char *)old_func - align_point + inst_len, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC)) {
return -1;
}
//将跳转指令写入原函数开头
memcpy(old_func, prefix, sizeof(prefix));
memcpy((char *)old_func + sizeof(prefix), &new_func, sizeof(void *));
memcpy((char *)old_func + sizeof(prefix) + sizeof(void *), postfix, sizeof(postfix));
//关闭代码可写权限
if (0 != mprotect(align_point, (char *)old_func - align_point + inst_len, PROT_READ | PROT_EXEC)) {
return -1;
}
return 0;
}
static void do_fix(int signum)
{
cout << "do fix" << endl;
//1. 调用dlopen加载so库
char patch_patch[] = "../test_prj/patch.so";
void *lib = dlopen(patch_patch, RTLD_NOW);
if (NULL == lib)
{
cout << "dlopen failed , patch " << patch_patch << endl;
return;
}
// 2. 查找函数符号表并且替换
FIXTABLE *fix_item = (FIXTABLE *)dlsym(lib, "fix_table");
if (NULL == fix_item)
{
cout << "fix symbol failed" << endl;
dlclose(lib);
return;
}
void * result = dlopen(NULL, RTLD_NOW);
if (NULL == result)
{
cout << "result is null" << endl;
dlclose(lib);
return;
}
// 3. 执行更新
int ret = fix_func(fix_item->new_func, fix_item->old_func);
cout << "fix result ret " << ret << endl;
return;
}
int init_hot_fix_signal()
{
if (signal(SIGUSR1, do_fix) == SIG_ERR)
{
return -1;
}
return 0;
}
patch.cc
using namespace std;
// 定义要热更新的函数
int fix_func()
{
cout << "before fix_func addr : " << (void*)&need_fix_func << endl;
cout << "after fix_func addr : " << (void*)&fix_func <<endl;
cout << "load new fix function" << endl;
// fix here
int times = 3;
for (int i = 0; i < times; i++)
{
cout << "after fix cur times " << i << endl;
}
return 0;
}
// 定义替换的函数和更新后的函数
FIXTABLE fix_table = {(void *)&fix_func, (void *)&need_fix_func};
执行结果：
通过触发signal，进程不重启的情况下被更新：
kill -USR1 `ps -ef|grep main|grep -v grep|awk '{print $2}'`
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