Linux下程序的机器级表示学习心得

Linux下程序的机器级表示学习心得

上周学习完Linux程序的机器级表示后，对于其中有些还是掌握的不太透彻。对于老师提出的关于本章一些细节的问题还是有不会，所以又重新温习了一下上周的学习内容，以下为学习心得。

分析反汇编

操作过程

分析反汇编采用了书上的一个简单案例。C语言代码如下。

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

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

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

使用

vim

编辑器编译代码

main.c

。



使用命令

gcc -S main.c -o main.s

得到汇编代码。（此时的汇编代码有以.开头的代码，删除它们之后就是正常书中给出的汇编代码。

得到的汇编代码



使用

gdb

的

bt/frame/up/down

指令动态查看调用线帧的情况。

分析

从

main

:开始执行,保存帧指针

%ebp

，并设置新的帧指针

pushl $8

分配4字节的栈空间,并且设置

arg1=8

调用b:

call b

b同样初始化帧指针，分配栈空间，和之前的main函数相同

pushl 8(%ebp)

将

%esp

中的立即数8存入栈中

调用a:

call a

a被调用，初始化栈指针，分配栈空间

将

%eax

与立即数 1 相加

在a结束前弹栈

ret

返回b中

call

的调用位置

b也结束，

return返

回

main

中

call

调用的位置

main

继续

%eax

加14的操作

leave

为返回准备栈，相当于

%ebp

出栈,最后

ret

结束

即：调用者P和被调用者Q，则Q的参数放在P的栈帧中，当P调用Q的时候，P中的返回地址被压入栈中，形成P的栈帧末尾。返回地址就是当程序从Q返回时应继续执行的地方，Q栈帧从保存的帧指针的值开始后是保存其他寄存器的值。

结合backtrace命令分析栈帧

首先

backtrace/bt

用来打印栈帧指针，也可以在该命令后加上要打印的栈帧的个数，查看程序执行到此时，是经过哪些函数呼叫的程序，程序“调用堆栈”是当前函数之前的所有已调用函数的列表（包括当前函数）。每个函数及其变量都分配了一个“帧”，最近调用的函数在0号帧中（“底部”帧）

命令有

- `fame farme1 `用于打印指定栈帧
- ` info reg `查看寄存器使用情况
- ` info stack` 产看堆栈使用情况
-  `up/down` 跳到上一层/下一层函数

综述：

- 先将调用者（A）的堆栈的基址（`%ebp`）入栈，以保存之前任务的信息。

- 然后将调用者（A）的栈顶指针（`%esp`）的值赋给`%ebp`，作为新的基址（即被调用者B的栈底）。

- 然后在这个基址（被调用者B的栈底）上开辟（一般用sub指令）相应的空间用作被调用者B的栈空间。

- 函数B返回后，从当前栈帧的%ebp即恢复为调用者A的栈顶（`%esp）`，使栈顶恢复函数B被调用前的位置；然后调用者A再从恢复后的栈顶可弹出之前的%ebp值（可以这么做是因为这个值在函数调用前一步被压入堆栈）。这样，`%ebp`和`%esp`就都恢复了调用函数B前的位置，也就是栈恢复函数B调用前的状态。这样就解释了栈帧的出现和消失

下面我们使用GDB调试

main.c

的代码，使用刚才编译好的main镜像。

-

gdb    start

（启动gdb）

-

(gdb) file     main

（加载镜像文件）

-

(gdb) break  main

（把

main()

设置为断点，注意gdb并没有把断点设置在main的第一条指令，而是设置在了调整栈指针为局部变量保留空间之后）

-

(gdb) run

（运行程序）

-

(gdb) stepi

（单步执行，

stepi

命令执行之后显示出来的源代码行或者指令地址，注意：都是即将执行的指令，而不是刚刚执行完的指令！对于更复杂的例子会有明显的变化）

利用gdb对寄存器进行分析

在linux中gdb调试汇编文件需要先用

gcc -g3 -o * *.c

的命令来将c语言文件编译成可调试汇编的可执行文件。

通过调试过程中的

stepi

和

print /x $***

可以查询到相应寄存器的内容：

根据之前的main函数逐步使用上面的代码，可以获得不同寄存器的变化。

| number | %eax寄存器变化| %esp寄存器变化|%ebp寄存器变化时间|

| -----------| :-----------：|:------------：|:---------------：|

| 1 | Ox4004fc | Oxffffde18 | Oxffffde20

| 2 | Ox4004fc | Oxffffde18 | Oxffffde20

| 3 | Ox8 | Oxffffde18 | Oxffffde20

| 4 | Ox8 | Oxffffde18 | Oxffffde20

| 5 | Ox8 | Oxffffde10 | Oxffffde20

| 6 | Ox8 | Oxffffde08 | Oxffffde20

| 7 | Ox8 | Oxffffde08 | Oxffffde08

| 8 | Ox8 | Oxffffde08 | Oxffffde08

| 9 | Ox8 | Oxffffde08 | Oxffffde08

| 10 | Ox9 | Oxffffde08 | Oxffffde08

| 11 | Ox9 | Oxffffde10 | Oxffffde20

| 12 | Ox9 | Oxffffde18 | Oxffffde20

| 13 | Ox9 | Oxffffde28 | Oxffffde30

| 14 | Ox9 | Oxffffde30 | Oxffffde30

| ... | ... | ... | ...

如果想观察三个寄存器的每一步的变化配合

gdb stepi

可以重复上述步骤。

部分过程截图。



由上图可以看到三个寄存器的初始值



由上图可以看到三个寄存器在执行完第一条指令之后的内容的变换

注意：在64位中

rip

就是

eip

，

rbp

就是

ebp

，

rsp

就是。