fps meter是常用的检测帧率的软件，该软件需要root权限才能工作，一直比较好奇它一个apk是如何知道系统当前的帧率情况的，就针对此apk分析了一下其工作原理。
Apk组成
首先看一下apk的组成，apk文件就是一个压缩包，可以解压缩软件如winrar解压查看，也可以用[apktools]反编译apk，以供进一步分析。
![android应用程序fps meter[帧数显示]的分析 —— SurfaceFlinger被注入统计代码 (1)](https://image.shishitao.com:8440/aHR0cHM6Ly93d3cuaXRkYWFuLmNvbS9pbWdzLzQvMS8xLzEvMTEvYTkzNmMzNDU2MTJhMzIxMzIxN2FlZWRmMjRkZjQwMTUuanBl.jpe?w=700&webp=1 "android应用程序fps meter[帧数显示]的分析 —— SurfaceFlinger被注入统计代码 (1)")
从运行结果和代码组织上的推测
- java代码主要负责上层控制和显示。
- bin0和lib0.so是一个真正获取fps的binary工作进程的代码
- jni层的libnp_read.so，负责和工作进程桥接，通过pipe与工作进程通信，上报分析的数据给java层显示。
Apk的静态分析
Apk的包组成结构如上图。常规的dex/res/lib目录下的内容外，还要看一下res/raw和assets目录下是否有东西，这里通常是藏污纳垢的场所。fps meter这个apk中，在res/raw/下有bin0和lib0.so 两个文件。
使用[dex2jar]反编译java代码，查看其中的信息。对于这个apk，可以看到它使用了[RootTools]的jar库，来实现通过su过的shell执行一些命令或binary程序。从dex文件的常量字符中可以看到，这个apk中使用的库是v2.2版本，该版本的源码可以在[https://code.google.com/p/roottools/source/checkout]下载到到，svn版本号是208。
Java代码：
接下来我们可以分析java代码。java代码都已经被加扰过了，不过如果你有足够的耐心并足够仔细，还是能从中读出很多内容。对java代码的分析，一般都是从activity/Application或service的onCreate方法入手（对外的接口不可能加扰，这些方法还是存在的），可以对照AndroidManifest.xml找到入口的Activity及Service，再查看相关信息
在FPSMActivity的onCreate中，如下两句：
t.a(this, 2131034112, "0", "744");
t.a(this, 2131034113, "0.so", "744");
这是混淆过的代码，不过从参数来分析，这是调用RootTools的installBinary()方法，可以直接对照RootTools的源码来看。这个方法的作用是将apk的res/raw下的bin0和lib0.so分别安装到/data/data/com.aatt.fpsm/files/下，分别命名为0和0.so。
FPSMService的onStartCommand方法中，可以看到这个机制就是创建一个pipe：/data/data/com.aatt.fpsm/pipe，不停的从这个pipe中读取数据，显示在前端创建的的浮动window中。可以在adb shell中，
busybox dumphex /data/data/com.aatt.fpsm/pipe
验证帧率的值，刚好是从这个pipe中读入的。
其他位置未看到特别有用的信息。
JNI代码：
Jni库libnp_reader的分析，主要是一些Java的native方法的实现，并没有看到特别异常的现象。
$ arm-linux-androideabi-readelf -s libnp_read.so
Symbol table '.dynsym' contains 69 entries:
Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name
0: 00000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND
1: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND __cxa_finalize
2: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND __cxa_atexit
3: 00000ed5 32 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 Java_com_aatt_fpsm_FPSMSe
4: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND umask
5: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND mknod
6: 000017c4 8 FUNC WEAK DEFAULT 7 __aeabi_unwind_cpp_pr1
7: 00000ef5 16 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 Java_com_aatt_fpsm_FPSMSe
8: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND remove
9: 00000f05 40 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 Java_com_aatt_fpsm_FPSMSe
10: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND read
11: 00004004 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 16 fd
12: 00004008 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 16 trash
13: 000017cc 8 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 __aeabi_unwind_cpp_pr0
14: 00000f2d 36 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 Java_com_aatt_fpsm_FPSMSe
15: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND open
16: 00000f51 20 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 Java_com_aatt_fpsm_FPSMSe
17: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND close
18: 00000f65 36 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 Java_com_aatt_fpsm_FPSMSe
19: 0000400c 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 16 value
20: 00004004 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS _edata
21: 00004004 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __bss_start
22: 00004010 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS _end
23: 00000000 0 FUNC WEAK DEFAULT UND __gnu_Unwind_Find_exidx
24: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND abort
25: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND memcpy
26: 000017bc 8 FUNC WEAK DEFAULT 7 __aeabi_unwind_cpp_pr2
27: 00001d88 0 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 __gnu_Unwind_Restore_VFP_
28: 00001d78 0 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 __gnu_Unwind_Restore_VFP
29: 00001d98 0 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 __gnu_Unwind_Restore_VFP_
30: 00001da8 0 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 __gnu_Unwind_Restore_WMMX
31: 00001e30 0 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 __gnu_Unwind_Restore_WMMX
32: 00001d64 20 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 restore_core_regs
33: 0000134c 68 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 _Unwind_VRS_Get
34: 000013b8 68 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 _Unwind_VRS_Set
35: 00000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND __cxa_begin_cleanup
36: 00000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND __cxa_type_match
37: 00001f64 916 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 __gnu_unwind_execute
38: 00000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND __cxa_call_unexpected
39: 000017d4 856 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 _Unwind_VRS_Pop
40: 00001d90 0 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 __gnu_Unwind_Save_VFP_D
41: 00001d80 0 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 __gnu_Unwind_Save_VFP
42: 00001da0 0 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 __gnu_Unwind_Save_VFP_D_1
43: 00001dec 0 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 __gnu_Unwind_Save_WMMXD
44: 00001e44 0 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 __gnu_Unwind_Save_WMMXC
45: 00001b2c 8 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 _Unwind_GetCFA
46: 00001b34 164 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 __gnu_Unwind_RaiseExcepti
47: 00001bd8 28 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 __gnu_Unwind_ForcedUnwind
48: 00001bf4 108 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 __gnu_Unwind_Resume
49: 00001c60 32 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 __gnu_Unwind_Resume_or_Re
50: 00001c80 4 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 _Unwind_Complete
51: 00001c84 32 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 _Unwind_DeleteException
52: 00001ca4 192 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 __gnu_Unwind_Backtrace
53: 00001d64 20 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 __restore_core_regs
54: 00001e58 36 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 ___Unwind_RaiseException
55: 00001e58 36 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 _Unwind_RaiseException
56: 00001e7c 36 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 ___Unwind_Resume
57: 00001e7c 36 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 _Unwind_Resume
58: 00001ea0 36 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 ___Unwind_Resume_or_Rethr
59: 00001ea0 36 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 _Unwind_Resume_or_Rethrow
60: 00001ec4 36 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 ___Unwind_ForcedUnwind
61: 00001ec4 36 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 _Unwind_ForcedUnwind
62: 00001ee8 36 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 ___Unwind_Backtrace
63: 00001ee8 36 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 _Unwind_Backtrace
64: 000022f8 64 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 __gnu_unwind_frame
65: 00002338 44 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 _Unwind_GetRegionStart
66: 00002364 56 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 _Unwind_GetLanguageSpecif
67: 0000239c 8 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 _Unwind_GetDataRelBase
68: 000023a4 8 FUNC GLOBAL DEFAULT 7 _Unwind_GetTextRelBase
从elf信息可以见到，这个库主要是JNI的实现及将unwind实现包含在库中，unwind库一般是用作异常处理的，用它可以获取函数的调用栈信息。
这里由于使用pipe，则怀疑这里需要跨进程通信；而此pipe的通信使用是apk私有的pipe，则推论此apk通过rootTool中提供的Shell类来运行su后的shell，su的作用是通过linux开的后门，允许用户程序通过setuid系统调用，更改用户id，达到root效果。su root后，执行一个native程序，native程序应该就是res/raw/下的bin0。初步怀疑pipe的写端是这个bin0，bin0的symbol信息：
$ readelf.exe -s bin0
Symbol table '.dynsym' contains 32 entries:
Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name
0: 00000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND
1: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND __libc_init
2: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND __cxa_atexit
3: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND snprintf
4: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND fopen
5: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND fgets
6: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND strstr
7: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND strtok
8: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND strtoul
9: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND fclose
10: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND __stack_chk_fail
11: 00000000 0 OBJECT GLOBAL DEFAULT UND __stack_chk_guard
12: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND memcpy
13: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND ptrace
14: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND waitpid
15: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND opendir
16: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND readdir
17: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND atoi
18: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND sprintf
19: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND strcmp
20: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND closedir
21: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND dlsym
22: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND strlen
23: 0000c000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS _edata
24: 0000c000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __bss_start
25: 0000c004 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS _end
26: 00000000 0 FUNC WEAK DEFAULT UND __gnu_Unwind_Find_exidx
27: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND abort
28: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND raise
29: 00000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND __cxa_begin_cleanup
30: 00000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND __cxa_type_match
31: 00000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND __cxa_call_unexpected
我们通过ps来看一下运行时的进程情况，并没有看到此bin0进程，看样子不像是常驻内存的，那么它太不可能是pipe的write端。
从elf的symbol来看，此bin文件应该会使用dlsym和ptrace。使用ptrace的话，基本可以确定，这个bin文件会通过PTRACE_ATTACH到别的进程中，然后修改别的进程数据或代码，以达到自己的目的。ptrace的执行过程应该就是分析的关键，接下来需要从ptrace入手。
小结
这个fps meter没有按照android应用程序的开发规范，通过使用SDK和NDK开发java和jni代码实现，而是使用第三方库，通过su获取root权限，执行自己的可执行binary程序，apk自己实现的库或binary程序，以android资源的形式打包在apk中。这种运行方式，对用户安全及系统稳定来说，是一个危险的动作。
本小结简单了解了此apk的内容，下节将详细介绍下apk资源包中bin文件通过ptrace感染android系统进程的过程。