欄目導(dǎo)航

新聞資訊

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一：背景

1. 講故事

前幾天公眾號(hào)里有位兄弟看了幾篇文章之后，也準(zhǔn)備用windbg試試看，結(jié)果這一配就花了好幾天，(づ╥﹏╥)づ，我想也有很多躍躍欲試的朋友在配置的時(shí)候肯定會(huì)遇到這樣和那樣的問題，所以我覺得有必要整理一下，讓大家少走彎路。

二：一些基礎(chǔ)概念

1. 在哪下載

現(xiàn)在安裝windbg越來(lái)越麻煩，還要安裝Windows 10 SDK，很多人就栽在這里，其實(shí)大家可以直接在網(wǎng)上找一鍵打包的windbg 6.0版本即可，才30多M，調(diào)生產(chǎn)調(diào)本地都很方便，順帶還可以練練SOS命令。

云盤：https://pan.baidu.com/s/1VqXVIGVHxAZVPNds1525Jg 提取碼：mahg

外網(wǎng)：http://www.33lc.com/soft/96743.html

2. 版本問題

解壓打開會(huì)有一個(gè)x64和x86文件夾，很顯然，32位的程序用x86下的windbg調(diào)試，64位的程序用x64的windbg調(diào)試，如下圖：

3. 其他的問題

我比較喜歡用64bit程序，所以這里使用64位的windbg。

<1> 配置微軟公有符號(hào)

符號(hào)其實(shí)就是pdb文件，我們?cè)赿ebug模式下編譯項(xiàng)目都會(huì)看到這個(gè)，它的作用會(huì)對(duì)dll進(jìn)行打標(biāo)，這樣在調(diào)試時(shí)通過(guò)pdb就能看到局部變量，全局變量，行號(hào)等等其他信息，在FCL類庫(kù)中的pdb文件就放在微軟的公有服務(wù)器上，SRV*C:\mysymbols*http://msdl.microsoft.com/download/symbols。

<2> 理解sos.dll和clr.dll

很多時(shí)候大家都是事后調(diào)試，所以需要在生產(chǎn)上抓一個(gè)dump文件，為了將dump文件逆向到clr上的運(yùn)行時(shí)狀態(tài)，你必須要尋找到當(dāng)時(shí)運(yùn)行程序clr版本，同時(shí)也要找到對(duì)應(yīng)clr版本的sos.dll，他們通常是在一起的，sos 就是你和 clr交互的渠道，很多人都卡在尋找正確版本的sos和clr版本上。。。如果不清楚，我可以畫張圖。

有了這個(gè)前置基礎(chǔ)，接下來(lái)就可以在windows和centos上進(jìn)行配置實(shí)踐了。。。

三. windows上的 netcore 3.1 配置

為了演示，我先上一段簡(jiǎn)單的代碼：


        static void Main(string[] args)
        {
            var info = "hello world!";
            Console.WriteLine(info);
            Console.ReadLine();
        }

1. 尋找clr.dll

在netcore中，clr的名字變成了 coreclr.dll，路徑： C:\Program Files\dotnet\shared\Microsoft.NETCore.App.1.3

2. 尋找sos.dll

netcore3.0開始，sos就沒有放在版本號(hào)文件下了，詳見 SOS_README.md 內(nèi)容。


SOS and other diagnostic tools now ship of band and work with any version of the .NET Core runtime.
SOS has moved to the diagnostics repo here: https://github.com/dotnet/diagnostics.git.
Instructions to install SOS: https://github.com/dotnet/diagnostics#installing-sos.

看了上面文檔，大概意思就是說(shuō)老版本的windbg，需要通過(guò)小工具dotnet-sos 自己生成一個(gè)sos.dll，那就按照文檔來(lái)吧


PS C:\WINDOWS\system32> dotnet tool install -g dotnet-sos
You can invoke the tool using the following command: dotnet-sos
Tool 'dotnet-sos' (version '3.1.122203') was successfully installed.
PS C:\WINDOWS\system32> dotnet-sos install
Installing SOS to C:\Users\hxc\.dotnet\sos from C:\Users\hxc\.dotnet\tools\.store\dotnet-sos\3.1.122203\dotnet-sos\3.1.122203\tools\netcoreapp2.1\any\win-x64
Installing over existing installation...
Creating installation directory...
Copying files...
Execute '.load C:\Users\hxc\.dotnet\sos\sos.dll' to load SOS in your Windows debugger.
Cleaning up...
SOS install succeeded
PS C:\WINDOWS\system32>

仔細(xì)看輸出，sos.dll 已經(jīng)生成好了，接下來(lái)在任務(wù)管理器中生成一個(gè)dump文件，然后使用 .load 命令把 coreclr 和 sos 加載進(jìn)去即可。


.load C:\Users\hxc\.dotnet\sos\sos.dll
.load C:\Program Files\dotnet\shared\Microsoft.NETCore.App\3.1.3\coreclr.dll

最后我們抓一下 info 變量在堆上的分布。

0:000> ~0s
ntdll!ZwReadFile+0x14:
00007ff8`3228aa64 c3              ret

0:000> !clrstack -l
OS Thread Id: 0x41d4 (0)

000000246097EA40 00007FFF89C50F97 Error: Fail to initialize CoreCLR 80131022
ConsoleApp5.Program.Main(System.String[])
    LOCALS:
        0x000000246097EA68 = 0x0000021d8141aba8

0:000> !do 0x0000021d8141aba8
Name:        System.String
MethodTable: 00007fff89cd1e18
EEClass:     00007fff89cc2128
Size:        46(0x2e) bytes
File:        C:\Program Files\dotnet\shared\Microsoft.NETCore.App\3.1.3\System.Private.CoreLib.dll
String:      hello world!
Fields:
              MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
00007fff89c1b1e8  4000242        8         System.Int32  1 instance               12 _stringLength
00007fff89c18000  4000243        c          System.Char  1 instance               68 _firstChar
00007fff89cd1e18  4000244      110        System.String  0   static 0000021d81411360 Empty

好了，windows上的netcore調(diào)試就這么簡(jiǎn)單，希望這些配置能節(jié)省您的時(shí)間。

四. windows 上的 netframework 配置

framework程序比netcore配置要方便的多，不需要自己去生成sos了，如下代碼所示：


64位程序加載路徑

 .load C:\Windows\Microsoft.NET\Framework64\v4.0.30319\sos.dll
 .load C:\Windows\Microsoft.NET\Framework64\v4.0.30319\clr.dll

32位程序加載路徑

 .load C:\Windows\Microsoft.NET\Framework\v4.0.30319\sos.dll
 .load C:\Windows\Microsoft.NET\Framework\v4.0.30319\clr.dll

五. centos 上的 netcore 3.1 配置

首先要明白，對(duì)于linux內(nèi)核windbg就失效了，那怎么調(diào)試呢？有兩種方式。

1. 使用netcore內(nèi)置的dotnet-dump 小工具

這個(gè)工具的地方在于，sos和clr都不需要你配置，直接使用它生成dump，然后直接調(diào)試，方便至極，下面看看怎么安裝，開兩個(gè)terminal，如下代碼：


terminal 1:

[root@10-25-198-96 data]# dotnet build
[root@10-25-198-96 netcoreapp3.1]# dotnet data.dll
hello world


terminal 2:

[root@10-25-198-96 cs2]# ps -ef | grep dotnet
root     31555 31247  0 22:28 pts/0    00:00:00 dotnet cs2.dll
root     32112 31995  0 22:29 pts/2    00:00:00 grep --color=auto dotnet

[root@10-25-198-96 cs2]# dotnet tool install -g dotnet-dump
You can invoke the tool using the following command: dotnet-dump
Tool 'dotnet-dump' (version '3.1.122203') was successfully installed.
[root@10-25-198-96 cs2]# export PATH=$PATH:$HOME/.dotnet/tools
[root@10-25-198-96 cs2]# dotnet-dump collect --process-id 31555
Writing full to /cs2/core_20200508_223204
Complete

可以看到dump文件已經(jīng)好了 /cs2/core_20200508_223204 ，接下來(lái)用 dotnet-dump 對(duì)dump文件調(diào)試。


[root@10-25-198-96 cs2]# dotnet-dump analyze /cs2/core_20200508_223204
Loading core dump: /cs2/core_20200508_223204 ...
Ready to process analysis commands. Type 'help' to list available commands or 'help [command]' to get detailed help on a command.
Type 'quit' or 'exit' to exit the session.
> clrstack -l                                                                                              
OS Thread Id: 0x7b43 (0)
        Child SP               IP Call Site
00007FFDFCABF2D0 00007fb0397af7fd [InlinedCallFrame: 00007ffdfcabf2d0] Interop+Sys.ReadStdin(Byte*, Int32)
00007FFDFCABF2D0 00007fafbebbb4db [InlinedCallFrame: 00007ffdfcabf2d0] Interop+Sys.ReadStdin(Byte*, Int32)
00007FFDFCABF2C0 00007FAFBEBBB4DB ILStubClass.IL_STUB_PInvoke(Byte*, Int32)

00007FFDFCABF9D0 00007FAFBECF844D System.Console.ReadLine()

00007FFDFCABF9E0 00007FAFBEBB037D cs2.Program.Main(System.String[]) [/cs2/Program.cs @ 13]
    LOCALS:
        0x00007FFDFCABF9F0 = 0x00007faf980081d8

00007FFDFCABFD08 00007fb037fc0f7f [GCFrame: 00007ffdfcabfd08] 
00007FFDFCAC01F0 00007fb037fc0f7f [GCFrame: 00007ffdfcac01f0] 
> dumpobj 0x00007faf980081d8                                                                               
Name:        System.String
MethodTable: 00007fafbec30f90
EEClass:     00007fafbeb9e1b0
Size:        44(0x2c) bytes
File:        /usr/share/dotnet/shared/Microsoft.NETCore.App/3.1.3/System.Private.CoreLib.dll
String:      hello world
Fields:
              MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
00007fafbec2a0e8  400022a        8         System.Int32  1 instance               11 _stringLength
00007fafbec26f00  400022b        c          System.Char  1 instance               68 _firstChar
00007fafbec30f90  400022c      108        System.String  0   static 00007faf97fff360 Empty
>

就這么簡(jiǎn)單，不過(guò)這個(gè)工具雖好，但是不能調(diào)試非托管堆，而且命令也不是太多，當(dāng)然夠我們平時(shí)用了。

2. 使用linux專屬的lldb調(diào)試器

要想實(shí)現(xiàn)windbg級(jí)別的調(diào)試，可以使用lldb調(diào)試器，這個(gè)非常強(qiáng)大，這里我也來(lái)介紹一下吧。

<1> 安裝lldb

lldb是使用C++寫的，也可以在 https://github.com/dotnet/diagnostics/blob/master/documentation/building/linux-instructions.md 尋找安裝辦法。


sudo yum install centos-release-SCL epel-release
sudo yum install cmake cmake3 gcc gcc-c++ gdb git libicu libunwind make python27 tar wget which zip
cd $HOME
git clone https://github.com/dotnet/diagnostics.git
$HOME/diagnostics/documentation/lldb/centos7/build-install-lldb.sh

一陣抽搐后就安裝好了，從下面可以看到目前版本是3.9.1。


[root@10-25-198-96 cs2]# lldb -v
lldb version 3.9.1 ( revision )

<2> 尋找sos.dll

跟windbg一樣，你需要生成一個(gè)sos.dll 。。。同樣也是使用 dotnet-sos 生成。


[root@10-25-198-96 cs2]# dotnet tool install -g dotnet-sos
You can invoke the tool using the following command: dotnet-sos
Tool 'dotnet-sos' (version '3.1.122203') was successfully installed.
[root@10-25-198-96 cs2]# dotnet-sos install
Installing SOS to /root/.dotnet/sos from /root/.dotnet/tools/.store/dotnet-sos/3.1.122203/dotnet-sos/3.1.122203/tools/netcoreapp2.1/any/linux-x64
Installing over existing installation...
Creating installation directory...
Copying files...
Updating existing /root/.lldbinit file - LLDB will load SOS automatically at startup
Cleaning up...
SOS install succeeded

從上面信息看，sos 是安裝在 /root/.dotnet/sos 目錄下，同時(shí)也看到在lldb啟動(dòng)的時(shí)候會(huì)自動(dòng)加載sos.dll 。。。

<3> 使用createdump 生成dump文件

每個(gè)dotnet版本下都有一個(gè)createdump程序，可以用它生成dump文件，具體配置文檔可以參見：

https://github.com/dotnet/diagnostics/blob/master/documentation/debugging-coredump.md

https://github.com/dotnet/runtime/blob/master/docs/design/coreclr/botr/xplat-minidump-generation.md#configurationpolicy

[root@10-25-198-96 cs2]# ps -ef | grep dotnet
root     31555 31247  0 22:28 pts/0    00:00:00 dotnet cs2.dll
root     32112 31995  0 22:29 pts/2    00:00:00 grep --color=auto dotnet

[root@10-25-198-96 cs2]# find / -name createdump
/usr/share/dotnet/shared/Microsoft.NETCore.App/3.1.3/createdump

[root@10-25-198-96 3.1.3]# ./createdump 31555  -f /lldb/test.dump
Writing minidump with heap to file /lldb/test.dump
Written 84692992 bytes (20677 pages) to core file

[root@10-25-198-96 3.1.3]# lldb --core /lldb/test.dump
(lldb) target create --core "/lldb/test.dump"
Core file '/lldb/test.dump' (x86_64) was loaded.
(lldb) clrstack -l
OS Thread Id: 0x7b43 (1)
00007FFDFCABF9E0 00007FAFBEBB037D cs2.Program.Main(System.String[]) [/cs2/Program.cs @ 13]
    LOCALS:
        0x00007FFDFCABF9F0 = 0x00007faf980081d8

00007FFDFCABFD08 00007fb037fc0f7f [GCFrame: 00007ffdfcabfd08] 
00007FFDFCAC01F0 00007fb037fc0f7f [GCFrame: 00007ffdfcac01f0] 
(lldb) dumpobj 0x00007faf980081d8
Name:        System.String
MethodTable: 00007fafbec30f90
EEClass:     00007fafbeb9e1b0
Size:        44(0x2c) bytes
File:        /usr/share/dotnet/shared/Microsoft.NETCore.App/3.1.3/System.Private.CoreLib.dll
String:      hello world
Fields:
              MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
00007fafbec2a0e8  400022a        8         System.Int32  1 instance               11 _stringLength
00007fafbec26f00  400022b        c          System.Char  1 instance               68 _firstChar
00007fafbec30f90  400022c      108        System.String  0   static 00007faf97fff360 Empty
(lldb)

可以看到，通過(guò)lldb也可以直接打入clr內(nèi)部啦。。。

六：總結(jié)

我覺得這篇文章肯定能給很多朋友節(jié)省不少的時(shí)間，想起朱一旦的那句話：有錢人的快樂，就是這么樸實(shí)無(wú)華且枯燥，哈哈~

本文簡(jiǎn)要介紹C/C++符號(hào)重定位的原理，并簡(jiǎn)要分析了libc對(duì)main等函數(shù)的調(diào)用順序。

1.編譯、鏈接相關(guān)的文件

測(cè)試代碼如下：

 /*main.c*/
 int add(int a_, int b_);
 extern int global_extern_int;
 int global_int = 3;
 
 int main()
 {
     static int a = 19;
     global_int = 5;
     int rtv = 0;
     rtv = add(global_int, global_extern_int);
     return rtv;
 }

 /*add.c*/
 int global_extern_int = 2;
 
 int add(int a_, int b_)
 {
     return a_+ b_;
 }

編譯、鏈接(32位)，

 gcc -g -fno-pie  -no-pie -m32 -c add.c
 gcc -g -fno-pie  -no-pie -m32 -c main.c
 gcc -g -fno-pie -no-pie -m32 -o main main.o add.o

生成的應(yīng)用程序main的大小為16K。

 lyf@lyf:~/test$ ls -hl
 total 32K
 -rw-r--r-- 1 lyf lyf   74 Dec  2 10:22 add.c
 -rw-r--r-- 1 lyf lyf 2.0K Dec  2 10:42 add.o
 -rwxr-xr-x 1 lyf lyf  16K Dec  2 13:54 main
 -rw-r--r-- 1 lyf lyf  212 Dec  2 11:33 main.c
 -rw-r--r-- 1 lyf lyf 2.3K Dec  2 11:34 main.o

大部分的現(xiàn)代操作系統(tǒng)都使用ASCII標(biāo)準(zhǔn)來(lái)表示文本字符，使用單字節(jié)的整數(shù)值來(lái)表示每個(gè)字符，如下所示，程序的源文件為ASCII文件，這種只由ASCII字符構(gòu)成的文件稱為文本文件，除了文本文件，其他的都是二進(jìn)制文件。

 lyf@lyf:~/test$ file main.c
 main.c: C source, ASCII text

 lyf@lyf:~/test$ hexdump -C ./main.c
 00000000  69 6e 74 20 61 64 64 28  69 6e 74 20 61 5f 2c 20  |int add(int a_, |
 00000010  69 6e 74 20 62 5f 29 3b  0a 65 78 74 65 72 6e 20  |int b_);.extern |
 00000020  69 6e 74 20 67 6c 6f 62  61 6c 5f 65 78 74 65 72  |int global_exter|
 00000030  6e 5f 69 6e 74 3b 0a 69  6e 74 20 67 6c 6f 62 61  |n_int;.int globa|
 00000040  6c 5f 69 6e 74 20 3d 20  33 3b 0a 0a 69 6e 74 20  |l_int = 3;..int |
 00000050  6d 61 69 6e 28 29 0a 7b  0a 20 20 20 20 73 74 61  |main().{.    sta|
 00000060  74 69 63 20 69 6e 74 20  61 20 3d 20 31 39 3b 0a  |tic int a = 19;.|
 00000070  20 20 20 20 67 6c 6f 62  61 6c 5f 69 6e 74 20 3d  |    global_int =|
 00000080  20 35 3b 0a 20 20 20 20  69 6e 74 20 72 74 76 20  | 5;.    int rtv |
 00000090  3d 20 30 3b 0a 20 20 20  20 72 74 76 20 3d 20 61  |= 0;.    rtv = a|
 000000a0  64 64 28 67 6c 6f 62 61  6c 5f 69 6e 74 2c 20 67  |dd(global_int, g|
 000000b0  6c 6f 62 61 6c 5f 65 78  74 65 72 6e 5f 69 6e 74  |lobal_extern_int|
 000000c0  29 3b 0a 20 20 20 20 72  65 74 75 72 6e 20 72 74  |);.    return rt|
 000000d0  76 3b 0a 7d                                       |v;.}|
 000000d4

 lyf@lyf:~/test$ file main.o
 main.o: ELF 32-bit LSB relocatable, Intel 80386, version 1 (SYSV), with debug_info, not stripped
 lyf@lyf:~/test$ file add.o
 add.o: ELF 32-bit LSB relocatable, Intel 80386, version 1 (SYSV), with debug_info, not stripped
 lyf@lyf:~/test$ file main
 main: ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib/ld-linux.so.2, BuildID[sha1]=5b8fb49e162dbf05605114331a1fdfb524aefbbf, for GNU/Linux 3.2.0, with debug_info, not stripped

.o的文件格式為ELF relocatable，可重定位的；
應(yīng)用程序main的文件格式為ELF executable，可執(zhí)行的；
編譯生成的.o文件以及鏈接后最終生成的main應(yīng)用程序，從本質(zhì)上來(lái)講依然是文件(Linux上遵循ELF這種文件格式)；
應(yīng)用程序main默認(rèn)是動(dòng)態(tài)鏈接的，大小為16K；

默認(rèn)是動(dòng)態(tài)鏈接的，那么鏈接了什么動(dòng)態(tài)庫(kù)？發(fā)現(xiàn)是libc。

 lyf@lyf:~/test$ readelf -d ./main
 
 Dynamic section at offset 0x2f14 contains 24 entries:
   Tag        Type                         Name/Value
  0x00000001 (NEEDED)                     Shared library: [libc.so.6]
  ......

執(zhí)行應(yīng)用程序，

lyf@lyf:~/test$ ./main
lyf@lyf:~/test$ echo $?
7

在shell中執(zhí)行./main，shell也是一個(gè)應(yīng)用程序，當(dāng)執(zhí)行./main時(shí)，會(huì)在當(dāng)前目錄下尋找名為main的可執(zhí)行程序，然后解析命令行參數(shù)，本例中沒有，除此之外，還會(huì)將shell中的一些環(huán)境變量引入到main程序的執(zhí)行過(guò)程中；接著讀取main文件(二進(jìn)制文件)，將ELF可執(zhí)行文件加載到內(nèi)存中(虛擬內(nèi)存，一個(gè)程序運(yùn)行時(shí)對(duì)應(yīng)一個(gè)進(jìn)程，現(xiàn)代操作系統(tǒng)進(jìn)程所操作的內(nèi)存地址為虛擬地址)，如果是鏈接了動(dòng)態(tài)庫(kù)，還會(huì)將動(dòng)態(tài)庫(kù)也加載到內(nèi)存中(對(duì)于PIC，Position Independent Code，只加載一份，后續(xù)介紹)；
執(zhí)行完成后，返回值為7，符合程序的預(yù)期；

改main為靜態(tài)鏈接，

lyf@lyf:~/test$ gcc -g -fno-pie -no-pie -m32 -static -o main main.o add.o

靜態(tài)鏈接后，main的大小為731K，大了很多。

lyf@lyf:~/test$ ls -hl
total 748K
-rw-r--r-- 1 lyf lyf   74 Dec  2 10:22 add.c
-rw-r--r-- 1 lyf lyf 2.0K Dec  2 10:42 add.o
-rwxr-xr-x 1 lyf lyf 731K Dec  2 13:51 main
-rw-r--r-- 1 lyf lyf  212 Dec  2 11:33 main.c
-rw-r--r-- 1 lyf lyf 2.3K Dec  2 11:34 main.o

2.內(nèi)存中的程序

如下圖所示，

通過(guò)編譯，生成的文件為ELF Relocatable object(.o)文件；
通過(guò)重定位、鏈接等，生成ELF Executable文件；
鏈接器對(duì)編譯生成.o文件采用相似段合并的方法最終生成executable(其中很重要的一步就是后面要講的符號(hào)重定位)。

如前面所介紹的，編譯鏈接后的硬盤中的main應(yīng)用程序是ELF格式的文件，通過(guò)shell執(zhí)行main后，會(huì)加載到內(nèi)存中。

進(jìn)程的內(nèi)存空間中的一部分空間是使用ELF中的部分段來(lái)填充的，例如對(duì)于main的ELF中的.init，.text，.rodata等段會(huì)放在只讀區(qū)，而.data，.bss等段會(huì)放在可讀可寫的區(qū)域。代碼段及只讀數(shù)據(jù)等肯定要設(shè)計(jì)成是只讀的，否則程序指令能被隨意修改會(huì)產(chǎn)生安全問題。數(shù)據(jù)區(qū)顯而易見是需要可讀寫的。
對(duì)于.bss段，看過(guò)別人有個(gè)精妙的解釋，可以把它叫做Better Save Space段，主要是為了減少elf文件不必要的文件大小的增加，例如代碼中定義了一個(gè)全局4096字節(jié)長(zhǎng)度的char數(shù)組，均初始化為0，這個(gè)變量就沒必要放在數(shù)據(jù)段，然后占用4096字節(jié)都填充為0。我們只需要知道這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的組成這些信息即可，當(dāng)后續(xù)加載到內(nèi)存中時(shí)，可以再為其分配空間。

3.什么是符號(hào)(Symbol)

符號(hào)對(duì)應(yīng)的就是地址。變量的符號(hào)是變量的地址，函數(shù)的符號(hào)是函數(shù)的地址。鏈接過(guò)程的本質(zhì)就是把多個(gè)不同的目標(biāo)(.o)文件之間相互“粘”在一起，是解決目標(biāo)文件之間對(duì)函數(shù)和變量地址的引用。

關(guān)于ELF文件格式的細(xì)節(jié)，這里不做介紹，網(wǎng)上很多資料。應(yīng)用程序main通過(guò)編譯先有add.o和main.o，然后再鏈接生成main。因此接下來(lái)先分析.o中相關(guān)的符號(hào)(Symbol)，然后再分析應(yīng)用程序main中對(duì)相關(guān)符號(hào)是如何處理的。

對(duì)于add.o，其中定義了一個(gè)全局變量global_extern_int和add函數(shù)，

lyf@lyf:~/test$ readelf -s add.o

Symbol table '.symtab' contains 10 entries:
   Num:    Value  Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     0: 00000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND
     1: 00000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS add.c
     2: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    1 .text
     3: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    4 .debug_info
     4: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    6 .debug_abbrev
     5: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    9 .debug_line
     6: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   11 .debug_str
     7: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   12 .debug_line_str
     8: 00000000     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT    2 global_extern_int
     9: 00000000    13 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 add

從上述輸出我們可以看出來(lái)，全局變量global_extern_int和add函數(shù)都是符號(hào)(Symbol)，且都是全局的(GLOBAL)。其中全局變量global_extern_int的Ndx為2(.data)，add函數(shù)的Ndx為1(.text)，對(duì)應(yīng)代碼段和數(shù)據(jù)段。函數(shù)的TYPE為FUNC，變量的TYPE為OBJECT。

下面是add.o中包含的所有的段(Section)的信息，符號(hào)表中的Ndx對(duì)應(yīng)段表中的Nr，表示該符號(hào)屬于哪個(gè)段(Section)，

lyf@lyf:~/test$ readelf -S add.o
There are 20 section headers, starting at offset 0x4a4:

Section Headers:
  [Nr] Name              Type            Addr     Off    Size   ES Flg Lk Inf Al
  [ 0]                   NULL            00000000 000000 000000 00      0   0  0
  [ 1] .text             PROGBITS        00000000 000034 00000d 00  AX  0   0  1
  [ 2] .data             PROGBITS        00000000 000044 000004 00  WA  0   0  4
  [ 3] .bss              NOBITS          00000000 000048 000000 00  WA  0   0  1
  [ 4] .debug_info       PROGBITS        00000000 000048 00006f 00      0   0  1
  [ 5] .rel.debug_info   REL             00000000 000374 000048 08   I 17   4  4
  [ 6] .debug_abbrev     PROGBITS        00000000 0000b7 000060 00      0   0  1
  [ 7] .debug_aranges    PROGBITS        00000000 000117 000020 00      0   0  1
  [ 8] .rel.debug_a[...] REL             00000000 0003bc 000010 08   I 17   7  4
  [ 9] .debug_line       PROGBITS        00000000 000137 00004b 00      0   0  1
  [10] .rel.debug_line   REL             00000000 0003cc 000020 08   I 17   9  4
  [11] .debug_str        PROGBITS        00000000 000182 00009c 01  MS  0   0  1
  [12] .debug_line_str   PROGBITS        00000000 00021e 000030 01  MS  0   0  1
  [13] .comment          PROGBITS        00000000 00024e 00002c 01  MS  0   0  1
  [14] .note.GNU-stack   PROGBITS        00000000 00027a 000000 00      0   0  1
  [15] .eh_frame         PROGBITS        00000000 00027c 000038 00   A  0   0  4
  [16] .rel.eh_frame     REL             00000000 0003ec 000008 08   I 17  15  4
  [17] .symtab           SYMTAB          00000000 0002b4 0000a0 10     18   8  4
  [18] .strtab           STRTAB          00000000 000354 00001d 00      0   0  1
  [19] .shstrtab         STRTAB          00000000 0003f4 0000af 00      0   0  1
Key to Flags:
  W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings), I (info),
  L (link order), O (extra OS processing required), G (group), T (TLS),
  C (compressed), x (unknown), o (OS specific), E (exclude),
  D (mbind), p (processor specific)

對(duì)于main.o而言，引用了add.o中的函數(shù)和全局變量，同時(shí)自己定義了全局變量global_int及局部變量rtv，那么main.o的符號(hào)表，

lyf@lyf:~/test$ readelf -s main.o

Symbol table '.symtab' contains 13 entries:
   Num:    Value  Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     0: 00000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND
     1: 00000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS main.c
     2: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    1 .text
     3: 00000004     4 OBJECT  LOCAL  DEFAULT    3 a.0
     4: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    5 .debug_info
     5: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    7 .debug_abbrev
     6: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   10 .debug_line
     7: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   12 .debug_str
     8: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   13 .debug_line_str
     9: 00000000     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT    3 global_int
    10: 00000000    72 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 main
    11: 00000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND global_extern_int
    12: 00000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND add

如上所示，

局部變量(rtv)不是符號(hào)，并不在符號(hào)表中；
靜態(tài)變量，全局變量，函數(shù)都是符號(hào)，靜態(tài)變量的符號(hào)的作用域是本地LOCAL；
global_extern_int和add引用了add.o中的符號(hào)，因此其類型為NOTYPE，因?yàn)樵阪溄忧斑€不知道具體的類型。

4.符號(hào)的重定位

main.o中對(duì)符號(hào)的引用是如何進(jìn)行的？也就是如何獲取到所需要的符號(hào)的真實(shí)地址呢？

首先，因?yàn)閙ain.o要使用外部的符號(hào)(add.o中的)，因此在main.o中有一個(gè)重定位段(.rel.text)，告訴鏈接器該如何去做符號(hào)重定位。下面重定位段中的Offset指的是相對(duì)于.text段起始位置的偏移量。

lyf@lyf:~/test$ readelf -r ./main.o

Relocation section '.rel.text' at offset 0x484 contains 4 entries:
 Offset     Info    Type            Sym.Value  Sym. Name
00000013  00000901 R_386_32          00000000   global_int
00000024  00000b01 R_386_32          00000000   global_extern_int
00000029  00000901 R_386_32          00000000   global_int
00000033  00000c02 R_386_PC32        00000000   add
......

對(duì)于global_int，需要在.text段中0x13和0x29的位置去做重定位，重定位的方式是R_386_32；
對(duì)于global_extern_int，需要在.text段中0x24的位置去做重定位，重定位的方式是R_386_32；
對(duì)于add函數(shù)，需要在.text段中0x33的位置去做重定位，重定位的方式是R_386_PC32；

Name	Value	Field	Calculation
R_386_NONE	0	None	None
R_386_32	2	dword	S + A
R_386_PC32	1	dword	S + A – P
R_386_GOT32	3	dword	G + A
R_386_PLT32	4	dword	L + A – P
R_386_COPY	5	None	Value is copied directly from shared object
R_386_GLOB_DAT	6	dword	S
R_386_JMP_SLOT	7	dword	S
R_386_RELATIVE	8	dword	B + A
R_386_GOTOFF	9	dword	S + A – GOT
R_386_GOTPC	10	dword	GOT + A – P
R_386_32PLT	11	dword	L + A
R_386_16	20	word	S + A
R_386_PC16	21	word	S + A – P
R_386_8	22	byte	S + A
R_386_PC8	23	byte	S + A – P
R_386_SIZE32	38	dword	z + A

其中，R_386_32和R_386_PC32的重定位計(jì)算方式中，

A為保存在修正位置的值；
S為符號(hào)的實(shí)際地址，這個(gè)地址在鏈接前是沒有的，只有通過(guò)鏈接，將所有的.o的相似段進(jìn)行合并，生成可執(zhí)行文件，此時(shí)所有符號(hào)的地址都已經(jīng)確定好了(此時(shí)所有符號(hào)，指令的地址都是真實(shí)的，也就是對(duì)應(yīng)運(yùn)行時(shí)進(jìn)程的虛擬地址)。但是這個(gè)時(shí)候合并的很多.o的.text代碼段中的部分符號(hào)地址依然不是最終的確定地址，需要去用上面的公式去做重定位。是個(gè)反過(guò)來(lái)的過(guò)程，先把所有符號(hào)的地址都定下來(lái)后，然后再去修改.text代碼段中部分的符號(hào)地址，然后才生成可以正確執(zhí)行的可執(zhí)行程序。
P為被修正的位置，后面通過(guò)例子解釋會(huì)很容易理解。

下面是main.o中對(duì)應(yīng)代碼段的反匯編，

lyf@lyf:~/test$ objdump -drS -Mintel ./main.o

./main.o:     file format elf32-i386


Disassembly of section .text:

00000000 <main>:
int add(int a_, int b_);
extern int global_extern_int;
int global_int = 3;

int main()
{
   0:   8d 4c 24 04             lea    ecx,[esp+0x4]
   4:   83 e4 f0                and    esp,0xfffffff0
   7:   ff 71 fc                push   DWORD PTR [ecx-0x4]
   a:   55                      push   ebp
   b:   89 e5                   mov    ebp,esp
   d:   51                      push   ecx
   e:   83 ec 14                sub    esp,0x14
    static int a = 19;
    global_int = 5;
  11:   c7 05 00 00 00 00 05    mov    DWORD PTR ds:0x0,0x5
  18:   00 00 00
                        13: R_386_32    global_int
    int rtv = 0;
  1b:   c7 45 f4 00 00 00 00    mov    DWORD PTR [ebp-0xc],0x0
    rtv = add(global_int, global_extern_int);
  22:   8b 15 00 00 00 00       mov    edx,DWORD PTR ds:0x0
                        24: R_386_32    global_extern_int
  28:   a1 00 00 00 00          mov    eax,ds:0x0
                        29: R_386_32    global_int
  2d:   83 ec 08                sub    esp,0x8
  30:   52                      push   edx
  31:   50                      push   eax
  32:   e8 fc ff ff ff          call   33 <main+0x33>
                        33: R_386_PC32  add
  37:   83 c4 10                add    esp,0x10
  3a:   89 45 f4                mov    DWORD PTR [ebp-0xc],eax
    return rtv;
  3d:   8b 45 f4                mov    eax,DWORD PTR [ebp-0xc]
  40:   8b 4d fc                mov    ecx,DWORD PTR [ebp-0x4]
  43:   c9                      leave
  44:   8d 61 fc                lea    esp,[ecx-0x4]
  47:   c3                      ret

結(jié)合main.o的重定向表.rel.text，在.text偏移0x13的位置上需要去做個(gè)R_386_32類型的重定向。也就是c7 05 00 00 00 00 05，對(duì)應(yīng)的代碼為global_int=5，0x13對(duì)應(yīng)的是4個(gè)字節(jié)的global_int對(duì)應(yīng)的地址，但是此時(shí)是00 00 00 00，所以此時(shí)對(duì)應(yīng)的A為0；
在.text偏移0x33的位置上需要去做個(gè)R_386_PC32類型的重定向，也就是e8 fc ff ff ff，其中0xe8是操作碼，查找INTEL IA-32指令手冊(cè)，這條指令是一個(gè)近址相對(duì)位移調(diào)用指令，在e8后面跟著的4個(gè)字節(jié)是被調(diào)用函數(shù)相對(duì)于調(diào)用指令下一條指令的偏移量。小端，fc ff ff ff對(duì)應(yīng)ff ff ff fc，對(duì)應(yīng)-4，調(diào)用指令下一條指令的地址為0x37，0x37-4=0x33，被調(diào)用函數(shù)的地址是0x33，又回到了原地？此時(shí)A的值為-4；

接下來(lái)，看看粘和后的main應(yīng)用程序中對(duì)應(yīng)符號(hào)的地址，對(duì)應(yīng)公式中對(duì)應(yīng)的S，

lyf@lyf:~/test$ readelf -s ./main

Symbol table '.dynsym' contains 4 entries:
   Num:    Value  Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     0: 00000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND
     1: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND _[...]@GLIBC_2.34 (2)
     2: 00000000     0 NOTYPE  WEAK   DEFAULT  UND __gmon_start__
     3: 0804a004     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   15 _IO_stdin_used

Symbol table '.symtab' contains 40 entries:
   Num:    Value  Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     0: 00000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND
     1: 00000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS crt1.o
     2: 080481cc    32 OBJECT  LOCAL  DEFAULT    3 __abi_tag
     3: 00000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS crtstuff.c
     4: 080490b0     0 FUNC    LOCAL  DEFAULT   13 deregister_tm_clones
     5: 080490f0     0 FUNC    LOCAL  DEFAULT   13 register_tm_clones
     6: 08049130     0 FUNC    LOCAL  DEFAULT   13 __do_global_dtors_aux
     7: 0804c024     1 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   24 completed.0
     8: 0804bf10     0 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   19 __do_global_dtor[...]
     9: 08049160     0 FUNC    LOCAL  DEFAULT   13 frame_dummy
    10: 0804bf0c     0 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   18 __frame_dummy_in[...]
    11: 00000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS main.c
    12: 0804c01c     4 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   23 a.0
    13: 00000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS add.c
    14: 00000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS crtstuff.c
    15: 0804a0ec     0 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   17 __FRAME_END__
    16: 00000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS
    17: 0804bf14     0 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   20 _DYNAMIC
    18: 0804a008     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT   16 __GNU_EH_FRAME_HDR
    19: 0804c000     0 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   22 _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
    20: 0804c020     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   23 global_extern_int
    21: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND __libc_start_mai[...]
    22: 080490a0     4 FUNC    GLOBAL HIDDEN    13 __x86.get_pc_thunk.bx
    23: 0804c010     0 NOTYPE  WEAK   DEFAULT   23 data_start
    24: 080491ae    13 FUNC    GLOBAL DEFAULT   13 add
    25: 0804c018     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   23 global_int
    26: 0804c024     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT   23 _edata
    27: 080491bc     0 FUNC    GLOBAL HIDDEN    14 _fini
    28: 0804c010     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT   23 __data_start
    29: 00000000     0 NOTYPE  WEAK   DEFAULT  UND __gmon_start__
    30: 0804c014     0 OBJECT  GLOBAL HIDDEN    23 __dso_handle
    31: 0804a004     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   15 _IO_stdin_used
    32: 0804c028     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT   24 _end
    33: 08049090     5 FUNC    GLOBAL HIDDEN    13 _dl_relocate_sta[...]
    34: 08049050    49 FUNC    GLOBAL DEFAULT   13 _start
    35: 0804a000     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   15 _fp_hw
    36: 0804c024     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT   24 __bss_start
    37: 08049166    72 FUNC    GLOBAL DEFAULT   13 main
    38: 0804c024     0 OBJECT  GLOBAL HIDDEN    23 __TMC_END__
    39: 08049000     0 FUNC    GLOBAL HIDDEN    11 _init

main的地址為0x08049166，add函數(shù)的地址為0x080491ae，global_extern_int的地址為0x0804c020，global_int的地址為0x0804c018；
main.o的在.text偏移0x13的位置上的R_386_32類型的重定向，global_int對(duì)應(yīng)的真實(shí)地址為0x0804c018，S=0x0804c018，A為0，則main.o中.text的0x13的位置上的重定位的結(jié)果為S+A=0x0804c018；
main.o在.text偏移0x33的位置上的R_386_PC32類型的重定向，add的實(shí)際地址為0x080491ae，則S=0x080491ae，A為-4，P為修正處的位置即main+0x33，即0x08049166+0x33=0x8049199，則S+A-P=0x080491ae+(-4)-0x8049199=0x11，則重定位后的結(jié)果為0x11；
在main中還有一些其他的函數(shù)符號(hào)，例如，__libc_start_main@GLIBC_2.34 , _init ,_fini，可以把他們理解成圖一中的System code，其實(shí)雖然main函數(shù)是C/C++的入口函數(shù)，但是它也是被其他的system code去調(diào)用，下面從main的反匯編代碼中也能看出來(lái)。

下面來(lái)確認(rèn)下，最終重定位的結(jié)果是否正確，查看應(yīng)用程序main的反匯編代碼，

lyf@lyf:~/test$ objdump -d -Mintel ./main

./main:     file format elf32-i386


Disassembly of section .init:

08049000 <_init>:
 8049000:       f3 0f 1e fb             endbr32
 8049004:       53                      push   ebx
 8049005:       83 ec 08                sub    esp,0x8
 8049008:       e8 93 00 00 00          call   80490a0 <__x86.get_pc_thunk.bx>
 804900d:       81 c3 f3 2f 00 00       add    ebx,0x2ff3
 8049013:       8b 83 fc ff ff ff       mov    eax,DWORD PTR [ebx-0x4]
 8049019:       85 c0                   test   eax,eax
 804901b:       74 02                   je     804901f <_init+0x1f>
 804901d:       ff d0                   call   eax
 804901f:       83 c4 08                add    esp,0x8
 8049022:       5b                      pop    ebx
 8049023:       c3                      ret

Disassembly of section .plt:

08049030 <__libc_start_main@plt-0x10>:
 8049030:       ff 35 04 c0 04 08       push   DWORD PTR ds:0x804c004
 8049036:       ff 25 08 c0 04 08       jmp    DWORD PTR ds:0x804c008
 804903c:       00 00                   add    BYTE PTR [eax],al
        ...

08049040 <__libc_start_main@plt>:
 8049040:       ff 25 0c c0 04 08       jmp    DWORD PTR ds:0x804c00c
 8049046:       68 00 00 00 00          push   0x0
 804904b:       e9 e0 ff ff ff          jmp    8049030 <_init+0x30>

Disassembly of section .text:

08049050 <_start>:
 8049050:       f3 0f 1e fb             endbr32
 8049054:       31 ed                   xor    ebp,ebp
 8049056:       5e                      pop    esi
 8049057:       89 e1                   mov    ecx,esp
 8049059:       83 e4 f0                and    esp,0xfffffff0
 804905c:       50                      push   eax
 804905d:       54                      push   esp
 804905e:       52                      push   edx
 804905f:       e8 19 00 00 00          call   804907d <_start+0x2d>
 8049064:       81 c3 9c 2f 00 00       add    ebx,0x2f9c
 804906a:       6a 00                   push   0x0
 804906c:       6a 00                   push   0x0
 804906e:       51                      push   ecx
 804906f:       56                      push   esi
 8049070:       c7 c0 66 91 04 08       mov    eax,0x8049166
 8049076:       50                      push   eax
 8049077:       e8 c4 ff ff ff          call   8049040 <__libc_start_main@plt>
 804907c:       f4                      hlt
 804907d:       8b 1c 24                mov    ebx,DWORD PTR [esp]
 8049080:       c3                      ret
 8049081:       66 90                   xchg   ax,ax
 8049083:       66 90                   xchg   ax,ax
 8049085:       66 90                   xchg   ax,ax
 8049087:       66 90                   xchg   ax,ax
 8049089:       66 90                   xchg   ax,ax
 804908b:       66 90                   xchg   ax,ax
 804908d:       66 90                   xchg   ax,ax
 804908f:       90                      nop



08049166 <main>:
 8049166:       8d 4c 24 04             lea    ecx,[esp+0x4]
 804916a:       83 e4 f0                and    esp,0xfffffff0
 804916d:       ff 71 fc                push   DWORD PTR [ecx-0x4]
 8049170:       55                      push   ebp
 8049171:       89 e5                   mov    ebp,esp
 8049173:       51                      push   ecx
 8049174:       83 ec 14                sub    esp,0x14
 8049177:       c7 05 18 c0 04 08 05    mov    DWORD PTR ds:0x804c018,0x5
 804917e:       00 00 00
 8049181:       c7 45 f4 00 00 00 00    mov    DWORD PTR [ebp-0xc],0x0
 8049188:       8b 15 20 c0 04 08       mov    edx,DWORD PTR ds:0x804c020
 804918e:       a1 18 c0 04 08          mov    eax,ds:0x804c018
 8049193:       83 ec 08                sub    esp,0x8
 8049196:       52                      push   edx
 8049197:       50                      push   eax
 8049198:       e8 11 00 00 00          call   80491ae <add>
 804919d:       83 c4 10                add    esp,0x10
 80491a0:       89 45 f4                mov    DWORD PTR [ebp-0xc],eax
 80491a3:       8b 45 f4                mov    eax,DWORD PTR [ebp-0xc]
 80491a6:       8b 4d fc                mov    ecx,DWORD PTR [ebp-0x4]
 80491a9:       c9                      leave
 80491aa:       8d 61 fc                lea    esp,[ecx-0x4]
 80491ad:       c3                      ret

080491ae <add>:
 80491ae:       55                      push   ebp
 80491af:       89 e5                   mov    ebp,esp
 80491b1:       8b 55 08                mov    edx,DWORD PTR [ebp+0x8]
 80491b4:       8b 45 0c                mov    eax,DWORD PTR [ebp+0xc]
 80491b7:       01 d0                   add    eax,edx
 80491b9:       5d                      pop    ebp
 80491ba:       c3                      ret

Disassembly of section .fini:

080491bc <_fini>:
 80491bc:       f3 0f 1e fb             endbr32
 80491c0:       53                      push   ebx
 80491c1:       83 ec 08                sub    esp,0x8
 80491c4:       e8 d7 fe ff ff          call   80490a0 <__x86.get_pc_thunk.bx>
 80491c9:       81 c3 37 2e 00 00       add    ebx,0x2e37
 80491cf:       83 c4 08                add    esp,0x8
 80491d2:       5b                      pop    ebx
 80491d3:       c3                      ret

8049177行，修正后的地址為0x804c018,和上述計(jì)算結(jié)果相同；
8049198行，修正后的結(jié)果為e8 11 00 00 00，小端，即0x11，和上述計(jì)算結(jié)果相同；

結(jié)合下圖和main的反匯編代碼，其中__libc_start_main的函數(shù)簽名如下所示，main函數(shù)是被其調(diào)用的，

int __libc_start_main(int *(main) (int, char * *, char * *), int argc, char * * ubp_av, void (*init) (void), void (*fini) (void), void (*rtld_fini) (void), void (* stack_end));

_start是真正的函數(shù)入口，會(huì)去調(diào)用__libc_start_main；
__libc_start_main會(huì)去調(diào)用__init,main，__fini等函數(shù)；
8049070: c7 c0 66 91 04 08 mov eax,0x8049166將main函數(shù)的指針(0x8049166)放入寄存器，入棧，8049077: e8 c4 ff ff ff call 8049040 <__libc_start_main@plt>調(diào)用__libc_start_main，接著就開始執(zhí)行用戶層代碼；
關(guān)于__libc_start_main@plt后面在介紹動(dòng)態(tài)庫(kù)和PIC(地址無(wú)關(guān)代碼)時(shí)會(huì)介紹（本文main默認(rèn)動(dòng)態(tài)鏈接了libc庫(kù)），這里可以理解成調(diào)用__libc_start_main。

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