利用Frida实现lua热重载

Zephus · 发表于 2022-8-16 17:05

利用Frida实现lua热重载
背景与需求

对游戏进行修改时，尤其是代码逻辑在lua中，经常重启是一件很低效的事。所以考虑能不能有一款工具，不需要重启游戏就能让lua文件改动后立刻生效
非游戏开发，所以只有apk作为目标，无游戏工程代码。
设计原理与实现

主要分为两个模块：

LuaFileWatcher，检测lua文件发生变化，当发生变化时调用Hotfix.lua进行重载模块的操作。
Hotfix，重载lua模块

LuaFileWatcher

此处分享两种方法，一种使用Android的FileObserver（虽然本质上还是用的inotify），另一种直接使用 linux inotify。
android.os.FileObserver

关于该类的介绍，可以优先阅读：https://developer.android.com/reference/android/os/FileObserver
主要是通过frida js 实现创建一个继承FileObserver的类，用于监控LUA_PATH下有哪些文件被打开了。
const LUA_PATH = &#34;文件监控路径&#34;
Java.performNow(function (){
var FileObserver = Java.use(&#34;android.os.FileObserver&#34;);
var LuaFileObserver = Java.registerClass({
      name:&#39;com.hotfix.LuaFileObserver&#39;,
      superClass:FileObserver,
      implements: [FileObserver],
      methods:{
         $init:[{
            returnType: &#39;void&#39;,
            arguments:[&#39;java.lang.String&#39;],
            implementation:function (p){
                  this.$super.$init(p)
            }
         }, {
                  returnType: &#39;void&#39;,
                  arguments:[&#39;&#39;],
                  implementation:function (){
                     this.$super.$init()
                  }
            }],
         $new:{
            returnType: &#39;void&#39;,
            arguments:[&#39;java.lang.String&#39;],
            implementation:function (p){
                  this.$super.$new(p)
            }
         },
         stopWatching:{
            returnType: &#39;void&#39;,
            arguments:[&#39;&#39;],
            implementation:function (){
                  this.$super.stopWatching()
            }
         },
         startWatching:{
            returnType: &#39;void&#39;,
            arguments:[&#39;&#39;],
            implementation:function (){
                  this.$super.stopWatching()
            }
         },
         finalize:{
            returnType: &#39;void&#39;,
            arguments:[&#39;&#39;],
            implementation:function (){
                  this.$super.stopWatching()
            }
         },
         onEvent:function(event,path){
            // console.log(&#34;event :&#34;+event)
            //console.log(&#34;path :&#34;+path)
         }

      }
});
var FileWatcher = LuaFileObserver.$new(LUA_PATH)
FileObserver.onEvent.implementation = function (event,path){
      console.log(&#34;event :&#34;+event)
      console.log(&#34;path :&#34;+path)
      if(event == 32)
         doHotfix(path)
}
FileWatcher.startWatching()
})优点：简单
缺点：不稳定，很多机型会提示ClassNotFound。
inotify

需要先了解inotify是什么，有什么用，怎么使用：https://man7.org/linux/man-pages/man7/inotify.7.html
该功能主要是创建一个线程，不停的监控LUA_PATH下文件打开的情况。如果有文件被打开，则加载一段lua代码。
const LUA_PATH = &#34;文件监控路径&#34;
function LuaFileWatcher(){
var inotify_init = new NativeFunction(Module.findExportByName(null,&#34;inotify_init&#34;),&#39;int&#39;,[])
var inotify_add_watch = new NativeFunction(Module.findExportByName(null,&#34;inotify_add_watch&#34;),&#39;int&#39;,[&#39;int&#39;,&#39;pointer&#39;,&#39;int&#39;])
const read = new NativeFunction(Module.findExportByName(null,&#34;read&#34;),&#39;int&#39;,[&#39;int&#39;,&#39;pointer&#39;,&#39;int&#39;]);
var fd = inotify_init()
var wd = inotify_add_watch(fd,Memory.allocUtf8String(LUA_PATH),256) //ALL_EVENTS = 4095
console.log(&#34;fd &#34;+fd+&#34;,wd &#34;+wd)
const inotify_event_len = 0x10
var data = Memory.alloc(inotify_event_len*10);
while (1){
      let readlen = read(fd,data,inotify_event_len*10-1)
      if( readlen<0){
         console.log(&#39;[+] Unable to read  [!] &#39;);
         continue
      }
      console.log(readlen,data)

      // struct inotify_event {
      //    __s32 wd;
      //    __u32 ;
      //    __u32 cookie;
      //    __u32 len;
      //    char name[0];
      // };
      for (let i = 0; i < (readlen/0x10) ; i++) {
         let readData = data.add(i*0x10)
         let envent = []
         envent.wd = readData.readS32();
         envent.mask = readData.add(4).readU32();
         envent.cookie = readData.add(8).readU32();
         envent.len = readData.add(12).readU32();
         envent.name = readData.add(16).readCString();
         console.log(&#39;open file : &#39;,envent.name,envent.mask)
         if(envent.mask!=256)
            continue;
         try{
            console.log(&#39;----------------------&#39;)
            let luaname = envent.name.replaceAll(&#34;_&#34;,&#34;.&#34;)
            console.log(&#34;luaname&#34;+luaname)
            var scr =&#39;if string.find(package.path,\&#34;&#39;+ LUA_PATH+&#39;\&#34;) == nil then\n&#39; +
                  &#39; package.path = package.path .. \&#34;;&#39;+LUA_PATH+&#39;/?\&#34;\n&#39; +
                  &#39;end\n&#39;+
                  &#39;require(\&#34;HotFixOOOK\&#34;)\n&#39;+
                  &#39;hotfix(\&#34;&#39;+luaname+&#39;\&#34;)&#39;
            var luaL_loadstring_ret = luaL_loadstring(lua_State,Memory.allocUtf8String(scr))
            console.log(&#34;luaL_loadstring_ret  : &#34;+luaL_loadstring_ret)
            send(&#34;load lua init ret &#34;+ lua_pcall(lua_State,0,0,0) + &#34;  str:&#34;+lua_tolstring(lua_State, -1).readCString())

         }catch (e) {
            send(&#34;err:&#34;+e.toString())
         }
      }

}

}

var  pthread_create = new NativeFunction(Module.findExportByName(null,&#34;pthread_create&#34;),&#39;int&#39;,[&#39;pointer&#39;,&#39;pointer&#39;,&#39;pointer&#39;,&#39;pointer&#39;])
var LuaFileWatcherNative = new NativeCallback(LuaFileWatcher,&#39;void&#39;,[&#39;void&#39;])

//启动新线程对目标目录进行文件监控。
pthread_create(Memory.alloc(16),new NativePointer(0),LuaFileWatcherNative,new NativePointer(0))package.path = package.path .. &#34;;LUA_PATH/?&#34;,这句的主要作用是将LUA_PATH添加到luaenv加载路径里面。不加会require不到用于热更的lua代码HotFixOOOK。
lua_State 通过hook libxlua.so的luaL_openlibs函数获取。
Hotfix

根据LuaRuntimeHotfix中的热更代码修改了一下。（默认apk使用的是xlua，如果不是xlua，删掉打印日志即可）
如果只修改函数，可以注释掉update_table.
function hotfix(filename)
CS.UnityEngine.Debug.LogError(&#34;start hotfix: &#34;..filename)
local dumpname = string.gsub(filename,&#34;%.&#34;,&#34;_&#34;)

local oldModule
if package.loaded[filename] then
      oldModule = package.loaded[filename]
elseif package.loaded[dumpname] then
      oldModule = package.loaded[dumpname]
else
      CS.UnityEngine.Debug.LogError(&#39;this file nevev loaded: &#39;..filename)
      require(filename)
end

package.loaded[filename] = nil
package.loaded[dumpname] = nil

CS.UnityEngine.Debug.LogError(&#39;loaded newMpdule &#39;..dumpname..&#39; ,oldModule: &#39;..filename)
local newModule = package.loaded[dumpname]
if newModule == nil then
      -- try again
      require(dumpname)
      newModule = package.loaded[dumpname]
end

CS.UnityEngine.Debug.LogError(&#39;oldModule: &#39;.. tostring(oldModule)..&#39; ,newModule: &#39;..tostring(newModule))
-- 注释掉就只能修改函数
update_table(newModule, oldModule,updated_tables)

if newModule == nil then
      package.loaded[filename] = oldModule
      CS.UnityEngine.Debug.LogError(&#39;replaced faild !! &#39;)
      return
end
package.loaded[filename] = newModule

CS.UnityEngine.Debug.LogError(&#39;replaced succeed&#39;)

end
function update_func(new_func, old_func)
assert(&#34;function&#34; == type(new_func))
assert(&#34;function&#34; == type(old_func))

-- Get upvalues of old function.
local old_upvalue_map = {}
local OldExistName = {}
for i = 1, math.huge do
      local name, value = debug.getupvalue(old_func, i)
      if not name then break end
      old_upvalue_map[name] = value
      OldExistName[name] = true
end

-- Update new upvalues with old.
for i = 1, math.huge do
      local name, value = debug.getupvalue(new_func, i)
      if not name then break end
      --CS.UnityEngine.Debug.LogError(&#39;set up value: name:&#39;..name..&#39; typeof &#39;.. type(value))
      if OldExistName[name] then
         local old_value = old_upvalue_map[name]
         if type(old_value) == &#34;function&#34; then
            setfenv(new_func, getfenv(old_func))
            debug.setupvalue(new_func, i, old_value)
         else
            debug.setupvalue(new_func, i, old_value)
         end
      else
         -- 对新添加的upvalue设置正确的环境表
         ResetENV(value,name)
      end
end
end

function update_table(new_table, old_table, updated_tables)
assert(&#34;table&#34; == type(new_table))
assert(&#34;table&#34; == type(old_table))

-- Compare 2 tables, and update old table.
for key, value in pairs(new_table) do
      local old_value = old_table[key]
      local type_value = type(value)
      if type_value == &#34;function&#34; then
         update_func(value, old_value)
         old_table[key] = value

      elseif type_value == &#34;table&#34; then
         if ( updated_tables[value] == nil ) then
            updated_tables[value] = true
            update_table(value, old_value,updated_tables)
         end
      end
end

---- Update metatable.
local old_meta = debug.getmetatable(old_table)
local new_meta = debug.getmetatable(new_table)
if type(old_meta) == &#34;table&#34; and type(new_meta) == &#34;table&#34; then
      update_table(new_meta, old_meta,updated_tables)
end
end

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