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  • GDB 单步调试汇编

    本文同时发表在 https://github.com/zhangyachen/zhangyachen.github.io/issues/134

    之前在看汇编的时候一直是肉眼看GCC -S的结果,缺点是很不直观,无法实时的看到寄存器的值,所以研究了下如何用GDB调试汇编。当然,写这篇文章更重要的一个目的是半年没有写博客了,博客要长草了。^_^

    我调试汇编的需求有几点:

    • 能够单步进行汇编调试。
    • 能够实时看到寄存器值的变化。
    • 能够看到源代码和对应汇编的关系。

    下面分享下用GDB实现上面的3点需求:

    单步进行汇编调试

    使用si和ni。与s与n的区别在于:s与n是C语言级别的单步调试,si与ni是汇编级别的单步调试。

    能够实时看到寄存器值的变化。

    使用gdb时增加-tui选项,打开gdb后运行layout regs命令。注意最好加上-tui,否则很大可能会出现花屏现象。

    image

    能够看到源代码和对应汇编的关系

    在gdb中运行set disassemble-next-line on,表示自动反汇编后面要执行的代码。

    image

    可以清晰的看出int c=sum(x,y);与下面红框内的汇编指令成对应关系。

    如果大家不想用这么原始的方式,可以给GDB安装插件或者使用emacs达到上面的目的,推荐两篇文章:

    最后以一个小例子结束:

    int sum(int x,int y){
            return x+y;
    }
    
    int main(){
            int x=10;
            int y=20;
            int c=sum(x,y);
    
            return 0;
    }
    

    gcc版本4.4.7,默认的优化选项。

    我们单步调试下这段代码对应的汇编:

    设置断点

    注意如果想要把断点设置在汇编指令层次函数的开头,应该使用b *fun而不是b func,这里我们把断点设置在b *main

    分配栈帧

    0x0000000000400489 <main+0>:	 55	push   %rbp
    0x000000000040048a <main+1>:	 48 89 e5	mov    %rsp,%rbp
    0x000000000040048d <main+4>:	 48 83 ec 10	sub    $0x10,%rsp
    

    %rbp和%rsp表示的是当前栈帧的栈底和栈顶。其中%rbp是被调用者需要保存的寄存器。sub $0x10,%rsp表示为main函数分配栈帧空间。
    注意这里分配了16字节的栈空间,会有4字节用不上,我个人猜测跟gcc汇编产生的cfi_def_cfa_offset 16有关,这个没有深究。

    int x=10

    0x0000000000400491 <main+8>:	 c7 45 f4 0a 00	00 00	movl   $0xa,-0xc(%rbp)
    

    将x的值放到栈中

    int y=20

    0x0000000000400498 <main+15>:         c7 45 f8 14 00	00 00	movl   $0x14,-0x8(%rbp)
    

    将y的值放到栈中

    sum函数调用

     0x000000000040049f <main+22>:         8b 55 f8	mov    -0x8(%rbp),%edx
     0x00000000004004a2 <main+25>:         8b 45 f4	mov    -0xc(%rbp),%eax
     0x00000000004004a5 <main+28>:         89 d6	mov    %edx,%esi
     0x00000000004004a7 <main+30>:         89 c7	mov    %eax,%edi
     0x00000000004004a9 <main+32>:         e8 c6 ff ff ff	callq  0x400474	<sum>
    

    将x与y分别赋值到%esi和%edi中,其中%edi和%esi被规定用来传递函数的第一个和第二个参数。(一个疑问是为什么不能直接mov -0x8(%rbp),%esi呢?)
    callq会将下一条指令的地址压入栈中,并跳到sum函数的第一条指令。

    进入sum函数

    0x0000000000400474 <sum+0>:	 55	push   %rbp
    0x0000000000400475 <sum+1>:	 48 89 e5	mov    %rsp,%rbp
    0x0000000000400478 <sum+4>:	 89 7d fc	mov    %edi,-0x4(%rbp)
    0x000000000040047b <sum+7>:	 89 75 f8	mov    %esi,-0x8(%rbp)
    

    同main函数一样,首先将%rbp保存,然后从%edi和%esi中取出函数参数。

    求和

    0x000000000040047e <sum+10>:	 8b 45 f8	mov    -0x8(%rbp),%eax
    0x0000000000400481 <sum+13>:	 8b 55 fc	mov    -0x4(%rbp),%edx
    0x0000000000400484 <sum+16>:	 8d 04 02	lea    (%rdx,%rax,1),%eax
    

    将x和y相加,这里用到的是lea指令,关于lea指令介绍参考LEA instruction? ,这里不赘述了。
    将返回值放到%eax中,%rax寄存器规定存放函数的返回值。像GO语言如果函数可以有多个返回值的话,返回值是放到栈中。

    sum函数收尾

    0x0000000000400487 <sum+19>:	 c9	leaveq
    0x0000000000400488 <sum+20>:	 c3	retq
    

    我们先看下现在的栈:

    image
    (这里不知道为什么没有sub xx,$rsp,我猜测是gcc发现这个最后一次函数调用,之后不会有栈的增长只会有栈的回退,所以用%rsp和%rbp的结果是一样的。简单验证了下,应该是这样)。
    在函数结束时首先需要回收当前函数的栈帧、恢复保存过的寄存器、恢复%rip的值,即返回地址。

    leaveq指令相当于:

    mov  %rbp,%rsp     
    pop %rbp
    

    作用是释放(deallocate)当前函数的栈帧并恢复被保存的寄存器的值。由此我们也可以看出%rbp的作用:记住%rsp应该回退的位置,否则函数结束时%rsp不知道该回退到哪。

    req指令相当于:

    pop %rip
    

    将上面保存过的callq的下一条指令地址恢复到%rip中。

    接收函数返回值

    0x00000000004004ae <main+37>:         89 45 fc	mov    %eax,-0x4(%rbp)
    

    将%eax的值放入到main函数的栈帧中。

    return 0

    0x00000000004004b1 <main+40>:         b8 00 00 00 00	mov    $0x0,%eax
    

    同上面sum函数一样。

    main函数收尾

    0x00000000004004b6 <main+45>:         c9	leaveq
    0x00000000004004b7 <main+46>:         c3	retq
    

    如果上面%rsp和%rbp指向同一内存区域看起来不太直观的话,看下现在main函数即将结束时的栈空间:

    image

    同上面sum函数的解释一样,不再赘述。

    程序运行成功退出。

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    image

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/zhangyachen/p/9227037.html
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