Linux下程序的機器級表示學習心得

本文轉載自查看原文 2016-10-19 01:20 335

Linux下程序的機器級表示學習心得

上周學習完Linux程序的機器級表示后，對於其中有些還是掌握的不太透徹。對於老師提出的關於本章一些細節的問題還是有不會，所以又重新溫習了一下上周的學習內容，以下為學習心得。

分析反匯編

操作過程

分析反匯編采用了書上的一個簡單案例。C語言代碼如下。

  	int a(int x)
  	{ 
  		 returnx+1;
  	}

  	int b(int x)
  	{
			return a(x);
      }

  		int main (void)
  	{
  		return b(8)+14;
  	}

使用vim編輯器編譯代碼main.c。
使用命令gcc -S main.c -o main.s得到匯編代碼。（此時的匯編代碼有以.開頭的代碼，刪除它們之后就是正常書中給出的匯編代碼。
得到的匯編代碼
使用gdb的bt/frame/up/down指令動態查看調用線幀的情況。

分析

從main:開始執行,保存幀指針%ebp，並設置新的幀指針
pushl $8分配4字節的棧空間,並且設置arg1=8
調用b:call b
b同樣初始化幀指針，分配棧空間，和之前的main函數相同
pushl 8(%ebp)將%esp中的立即數8存入棧中
調用a:call a
a被調用，初始化棧指針，分配棧空間
將 %eax 與立即數 1 相加
在a結束前彈棧
ret返回b中call的調用位置
b也結束，return返回main中call調用的位置
main繼續 %eax 加14的操作
leave為返回准備棧，相當於%ebp出棧,最后ret結束

即：調用者P和被調用者Q，則Q的參數放在P的棧幀中，當P調用Q的時候，P中的返回地址被壓入棧中，形成P的棧幀末尾。返回地址就是當程序從Q返回時應繼續執行的地方，Q棧幀從保存的幀指針的值開始后是保存其他寄存器的值。

結合backtrace命令分析棧幀

首先backtrace/bt用來打印棧幀指針，也可以在該命令后加上要打印的棧幀的個數，查看程序執行到此時，是經過哪些函數呼叫的程序，程序“調用堆棧”是當前函數之前的所有已調用函數的列表（包括當前函數）。每個函數及其變量都分配了一個“幀”，最近調用的函數在0號幀中（“底部”幀）

命令有

     - `fame farme1 `用於打印指定棧幀
     - ` info reg `查看寄存器使用情況
     - ` info stack` 產看堆棧使用情況
     -  `up/down` 跳到上一層/下一層函數

綜述：

    - 先將調用者（A）的堆棧的基址（`%ebp`）入棧，以保存之前任務的信息。

    - 然后將調用者（A）的棧頂指針（`%esp`）的值賦給`%ebp`，作為新的基址（即被調用者B的棧底）。

    - 然后在這個基址（被調用者B的棧底）上開辟（一般用sub指令）相應的空間用作被調用者B的棧空間。

    - 函數B返回后，從當前棧幀的%ebp即恢復為調用者A的棧頂（`%esp）`，使棧頂恢復函數B被調用前的位置；然后調用者A再從恢復后的棧頂可彈出之前的%ebp值（可以這么做是因為這個值在函數調用前一步被壓入堆棧）。這樣，`%ebp`和`%esp`就都恢復了調用函數B前的位置，也就是棧恢復函數B調用前的狀態。這樣就解釋了棧幀的出現和消失

這個過程在AT&T匯編中通過兩條指令完成，即：leave、ret。這兩條指令更直白點就相當於：mov %ebp , %esp 、pop %ebp

下面我們使用GDB調試main.c的代碼，使用剛才編譯好的main鏡像。
- gdb start （啟動gdb）
- (gdb) file main （加載鏡像文件）
- (gdb) break main （把main()設置為斷點，注意gdb並沒有把斷點設置在main的第一條指令，而是設置在了調整棧指針為局部變量保留空間之后）
- (gdb) run （運行程序）
- (gdb) stepi （單步執行，stepi命令執行之后顯示出來的源代碼行或者指令地址，注意：都是即將執行的指令，而不是剛剛執行完的指令！對於更復雜的例子會有明顯的變化）