4.2 gdb调试之栈帧信息

前言

这篇文章，是为了介绍缓冲区溢出攻击做准备。

在开始之前，我们希望具备以下背景知识。

（gdb我用的比较少，只会简单的，还没熟练。我们的界面或许会有些不一样，因为插件的缘故，但不影响）

看起来，略微有些复杂，需要自己调试一遍。

虚拟内存的概念
程序在内存中的布局
简单的gdb使用：100个gdb小技巧
简单的汇编语言

[toc]

摘要和总结

我们先给出gdb的调试方法。

然后结合栈帧信息和汇编代码，分析函数调用过程中的栈(栈帧)变化情况。

调试过程

调试的代码

//我们用一个最简单的程序:memery_layout.c
/**
 * 使用gdb调试该程序，展示内存布局
*/
#include <stdio.h>
void func(int a,int b){
    int x,y;
    x = a + b;
    y = a - b;
}
int main(void){
    int x=0;
    int y=0;
    func(4,3);
    return 0;
}

调试过程

在开始调试之前，我们先进行编译：gcc -g -o memery_layout memery_layout.c
开始调试：gdb -q memery_layout
显示程序：l
打断点：break func 、break 10
运行到断点：run
显示程序的调用栈信息：bt (backtrace)
显示当前栈帧的详细信息：info frame（关于这个栈帧信息的解读，我们放在后面）
跳转到上一个栈帧：up
显示当前栈帧的详细信息：info frame
跳转到下一个栈栈：down
继续运行到下一个断点：c
查看全部局部变量信息：info locals
查看x变量内容、地址：print x 、print &x
查看寄存器内容：info registers
查看指定寄存器(rbp)内容：print $rbp
查看汇编代码：disassemble /rm
查看内存内容(0x7fffffffdc70地址，5个单元/16十六进制格式显示/g表示八字节)：x /5xg 0x7fffffffdc70

栈帧信息分析

栈帧结构

关于调试过程上面已经介绍，下面便不再赘述。

参考文章：x86_64架构下的函数调用及栈帧原理

因为调试的现象和它的不一样。所以我在下面画出我的栈帧图片。

因为参数只有两个，通过寄存器传参，所以没有画参数压栈的情况。

我按照info frame 的信息划分栈帧。

我们先看下栈帧的基本结构。

寄存器介绍

%rax ：通常存储函数调用的返回结果，也被用在idiv （除法）和imul（乘法）命令中。
%rsp ：堆栈指针寄存器，指向栈顶位置。pop操作通过增大rsp的值实现出栈，push操作通过减小rsp的值实现入栈。
%rbp ：栈帧指针。~~标识当前栈帧的起始位置。~~ 。并不是当前栈帧开始的地方
%rdi, %rsi, %rdx, %rcx,%r8, %r9 ：六个寄存器，当参数少于7个时，参数从左到右放入寄存器: rdi, rsi, rdx, rcx, r8, r9；当参数为7个以上时，前 6 个与前面一样，但后面的依次从 “右向左” 放入栈中，即和32位汇编一样。

栈帧信息分析

蓝色方框：标明我们现在在第０层。
绿色方框，是上一个栈帧的信息，保存在当前栈帧。
- called by frame at 0x7fffffffdcb0 ：由0x7fffffffdcb0 位置开始的栈帧调用
- saved rip = 0x555555554640 ：当前栈帧要保存上一个栈帧将要执行的地址0x555555554640
- rip at 0x7fffffffdc88 ：返回地址(上一个栈帧将要执行的地址),保存在0x7fffffffdc88
- rbp at 0x7fffffffdc80：上一个栈帧指针内容保存在0x7fffffffdc80
- Previous frame's sp is 0x7fffffffdc90 ：上一个栈帧的栈顶指针。（这我画成红框，框错了。。）
红色方框是当前栈帧信息
- frame at 0x7fffffffdc90 ：当前栈帧的起始地址0x7fffffffdc90
- Locals at 0x7fffffffdc80：局部变量从0x7fffffffdc80 开始。

代码分析

那么当前的rbp值是什么？局部变量为甚从上面 0x7fffffffdc80的地方开始？

仅从栈帧的信息，是无法验证。这时候，我们来看看它的汇编代码。

补充下压栈：push指令可以分解为＝%rsp栈顶指下移＋mov 源数据

绿色方框
- 通过压栈方式，保存上一个栈帧指针。由上一节，我们知道，它被保存在0x7fffffffdc80
- 将当前栈顶，保存在rbp中。即，设置栈帧指针。所以如上面结构图所示，当前栈帧位置，是保存上一个栈帧的内存位置。
蓝色方框
从寄存器中取出参数，放入内存。
红色方框
进行计算，计算的结果放入局部变量局部变量的起始地址，从rbp指向的内存的下面开始。
还原
- 将上一个栈帧地址，还原到rbp中
- ret 返回调用(下面介绍)