setuid系统调用及示例

发表于2025-08-11由麦芽爸

我们来深入学习 setuid 系统调用

1. 函数介绍

在 Linux 系统中，每个进程都运行在一个特定的用户 (User) 上下文中。这个用户上下文决定了进程拥有哪些权限，比如能否读写某个文件、能否绑定到特权端口（端口号小于 1024）等。

每个进程通常有三类相关的用户 ID：

  • 真实用户 ID (Real User ID – RUID): 登录系统时分配给用户的 ID。它标识了“你是谁”。
  • 有效用户 ID (Effective User ID – EUID): 内核用来进行权限检查时使用的 ID。它决定了“你能做什么”。这是最重要的一个。
  • 保存的设置用户 ID (Saved Set-User-ID – SUID): 用于在有效用户 ID 和真实用户 ID 之间来回切换的一个“备份”ID。

setuid (Set User ID) 系统调用的主要作用是设置调用进程的有效用户 ID (EUID)。根据调用者的权限和当前 ID 状态，它也可能同时修改保存的设置用户 ID (SUID)。

简单来说，setuid 让你的程序可以“以某个用户的身份”去执行操作，从而获得或限制与该用户相关的权限。

一个非常常见的场景是：一个需要监听 80 端口（特权端口）的 Web 服务器程序。它通常以 root 用户（UID 0）启动，以便能绑定到 80 端口。但一旦绑定成功，为了安全起见，它会使用 setuid 将自己的有效用户 ID 切换到一个权限较低的普通用户（如 www-data），这样即使程序出现漏洞被攻击，攻击者也无法获得 root 权限。

2. 函数原型

#include <unistd.h>    // 包含系统调用声明
#include <sys/types.h> // 包含 uid_t 类型定义

int setuid(uid_t uid);

3. 功能

设置调用进程的有效用户 ID (Effective UID)。根据调用者的权限（是否为 root）和目标 uid，行为会有所不同。

4. 参数

  • uid:
    • uid_t 类型。
    • 指定要设置的新的有效用户 ID。

5. 返回值

  • 成功: 返回 0。
  • 失败: 返回 -1，并设置全局变量 errno 来指示具体的错误原因。

6. 行为规则

setuid 的具体行为取决于调用进程的权限：

  1. 如果调用者是特权用户 (超级用户, root, EUID == 0):
    • 可以将有效用户 ID (euid) 设置为任意有效的用户 ID。
    • 同时，真实用户 ID (ruid) 和保存的设置用户 ID (suid) 也会被设置为相同的 uid 值。
    • 这是特权用户的强大能力。
  2. 如果调用者是普通用户 (EUID != 0):
    • uid 参数必须是调用进程的真实用户 ID (ruid) 或 保存的设置用户 ID (suid) 之一。
    • 只能将有效用户 ID (euid) 设置为 ruid 或 suid。
    • 真实用户 ID (ruid) 和 保存的设置用户 ID (suid) 不会被修改。
    • 这是为了防止普通用户随意获取其他用户的权限。

7. 错误码 (errno)

  • EINVAL: uid 参数无效（虽然在 Linux 中通常不会返回此错误）。
  • EPERM: 调用者没有权限执行此操作。对于普通用户，这意味着 uid 既不是 ruid 也不是 suid。

8. 相似函数或关联函数

  • setgid: 设置组 ID，与 setuid 功能类似，但针对的是组而非用户。
  • seteuid: 专门用于设置有效用户 ID，行为比 setuid 更受限（普通用户只能设置为 ruid 或 suid）。
  • setreuid: 同时设置真实用户 ID 和 有效用户 ID。
  • setresuid: 同时设置 真实、有效 和 保存的设置 用户 ID，提供了最精细的控制。
  • getuid: 获取调用进程的真实用户 ID。
  • geteuid: 获取调用进程的有效用户 ID。
  • chmod / chown: 与文件权限和所有权相关的系统调用，其行为也受 setuid 影响。

9. 示例代码

下面的示例演示了 setuid 在不同权限下的行为，以及如何检查用户 ID。

#define _GNU_SOURCE // 启用 GNU 扩展以使用 getresuid
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

void print_current_uids(const char* context) {
    uid_t ruid, euid, suid;
    printf("[%s] Current UIDs - Real: %d, Effective: %d, Saved: %d\n",
           context, getuid(), geteuid(), (getresuid(&ruid, &euid, &suid) == 0) ? suid : -1);
}

int main() {
    uid_t original_ruid, original_euid, original_suid;
    uid_t target_uid;
    int result;

    printf("--- Demonstrating setuid ---\n");

    // 1. 获取并打印初始 UID
    if (getresuid(&original_ruid, &original_euid, &original_suid) != 0) {
        perror("getresuid");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    print_current_uids("Start");

    // 2. 检查是否以 root 权限运行
    if (geteuid() == 0) {
        printf("\nRunning as ROOT (Privileged User)\n");
        // 作为 root，可以设置为任意有效的 UID
        // 这里我们尝试设置为 'nobody' 用户 (通常 UID 65534, 但请检查你的系统)
        target_uid = 65534;
        printf("Attempting to set UID to %d (usually 'nobody' user)...\n", target_uid);

        print_current_uids("Before setuid");
        result = setuid(target_uid);
        if (result == 0) {
            printf("setuid(%d) succeeded.\n", target_uid);
            print_current_uids("After setuid");
            printf("Note: All UIDs (Real, Effective, Saved) are now %d.\n", target_uid);
            printf("The process is now running with 'nobody' privileges.\n");
        } else {
            perror("setuid");
            printf("Failed to set UID to %d.\n", target_uid);
        }

    } else {
        printf("\nRunning as a REGULAR USER (UID: %d)\n", getuid());

        // 作为普通用户，只能设置为自己的 ruid 或 suid
        target_uid = original_ruid; // 选择设置为自己的真实 UID (这不会改变任何东西)
        printf("Attempting to set UID to my Real UID (%d)...\n", target_uid);
        print_current_uids("Before setuid");
        result = setuid(target_uid);
        if (result == 0) {
            printf("setuid(%d) succeeded (as expected).\n", target_uid);
            print_current_uids("After setuid");
        } else {
            perror("setuid");
        }

        // 尝试设置为一个无效的 UID (比如一个不存在的或不属于我的 UID)
        // 这通常会失败
        target_uid = 9999; // 假设这是一个无效的或不属于当前用户的 UID
        printf("\nAttempting to set UID to an invalid/different UID (%d)...\n", target_uid);
        result = setuid(target_uid);
        if (result == -1) {
            if (errno == EPERM) {
                printf("setuid(%d) failed with EPERM (Operation not permitted) - as expected for a regular user.\n", target_uid);
                printf("This is because %d is not my Real UID (%d) or Saved Set-UID (%d).\n",
                       target_uid, original_ruid, original_suid);
            } else {
                perror("setuid");
            }
            print_current_uids("After failed setuid");
        } else {
            printf("setuid(%d) unexpectedly succeeded.\n", target_uid);
            print_current_uids("After unexpected setuid");
        }
    }

    printf("\n--- Summary ---\n");
    printf("The setuid() function changes the Effective UID of the process.\n");
    printf("For root: It can change to any UID, and also changes Real and Saved UID.\n");
    printf("For regular users: It can only change Effective UID to Real or Saved UID.\n");
    printf("This is crucial for security, especially in programs like setuid binaries.\n");

    return 0;
}

10. 编译和运行

# 假设代码保存在 setuid_example.c 中
gcc -o setuid_example setuid_example.c

# 1. 作为普通用户运行
./setuid_example

# 2. 作为 root 用户运行 (需要 sudo 权限)
# 注意：切换到 root 权限执行程序有风险，请小心！
sudo ./setuid_example

11. 预期输出 (作为普通用户运行)

--- Demonstrating setuid ---
[Start] Current UIDs - Real: 1000, Effective: 1000, Saved: 1000

Running as a REGULAR USER (UID: 1000)
Attempting to set UID to my Real UID (1000)...
[Before setuid] Current UIDs - Real: 1000, Effective: 1000, Saved: 1000
setuid(1000) succeeded (as expected).
[After setuid] Current UIDs - Real: 1000, Effective: 1000, Saved: 1000

Attempting to set UID to an invalid/different UID (9999)...
setuid(9999) failed with EPERM (Operation not permitted) - as expected for a regular user.
This is because 9999 is not my Real UID (1000) or Saved Set-UID (1000).
[After failed setuid] Current UIDs - Real: 1000, Effective: 1000, Saved: 1000

--- Summary ---
The setuid() function changes the Effective UID of the process.
For root: It can change to any UID, and also changes Real and Saved UID.
For regular users: It can only change Effective UID to Real or Saved UID.
This is crucial for security, especially in programs like setuid binaries.

12. 预期输出 (使用 sudo 以 root 权限运行)

--- Demonstrating setuid ---
[Start] Current UIDs - Real: 0, Effective: 0, Saved: 0

Running as ROOT (Privileged User)
Attempting to set UID to 65534 (usually 'nobody' user)...
[Before setuid] Current UIDs - Real: 0, Effective: 0, Saved: 0
setuid(65534) succeeded.
[After setuid] Current UIDs - Real: 65534, Effective: 65534, Saved: 65534
Note: All UIDs (Real, Effective, Saved) are now 65534.
The process is now running with 'nobody' privileges.

13. 关于 Set-UID (SUID) 位的说明

虽然上面的示例是在运行时调用 setuid，但 setuid 系统调用的强大之处还体现在可执行文件的 SUID 位上。

当你将一个可执行文件的 SUID 位设置为 1 时（例如使用 chmod u+s myprogram），会发生以下情况：

  1. 无论哪个用户执行这个文件，该进程启动时的有效用户 ID (EUID) 都会被设置为该文件所有者的用户 ID。
  2. 这使得普通用户可以运行一个具有文件所有者权限的程序。

例如：

  1. Root 用户创建一个程序 read_etc_shadow，其功能是读取 /etc/shadow 文件（普通用户无权读取）。
  2. Root 将此程序的所有者设为 root，并设置 SUID 位：sudo chown root:root read_etc_shadow && sudo chmod u+s read_etc_shadow。
  3. 普通用户 alice 执行 ./read_etc_shadow。
  4. 程序启动时，其 euid 是 0 (root)，因此它可以成功读取 /etc/shadow。

安全警告：
SUID 程序是系统安全的关键点，因为它们允许普通用户临时获得更高的权限。编写 SUID 程序时必须极其小心，避免任何可能导致权限提升的安全漏洞。

14. 总结

setuid 是一个基础且重要的系统调用，用于管理进程的用户权限。理解它的行为规则（尤其是特权用户和普通用户的区别）对于编写安全的 Linux 程序至关重要。它常用于守护进程降权、SUID 程序以及需要特定用户权限的系统管理任务中。

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