【问题标题】:gdb behaves differently for symbols in the .bss, vs. symbols in .datagdb 对于 .bss 中的符号和 .data 中的符号的行为不同
【发布时间】:2016-08-30 06:35:19
【问题描述】:

我最近开始使用 YASM 为英特尔 x86-64 架构学习汇编语言。在解决一本书(Ray Seyfarth 所著)中建议的一项任务时,我遇到了以下问题:

当我将一些字符放入 .bss 部分的缓冲区中时,我在 gdb 中调试它时仍然看到一个空字符串。将字符放入 .data 部分的缓冲区中会按预期在 gdb 中显示。

segment .bss
result  resb    75
buf resw    100
usage   resq    1

    segment .data
str_test    db 0, 0, 0, 0

    segment .text
    global main
main:
    mov rbx, 'A'
    mov [buf], rbx          ; LINE - 1 STILL GET EMPTY STRING AFTER THAT INSTRUCTION
    mov [str_test], rbx     ; LINE - 2 PLACES CHARACTER NICELY. 
    ret

在 gdb 中我得到:

  • 在第 1 行之后:x/s &buf,结果 - 0x7ffff7dd2740 <buf>: ""

  • 在第 2 行之后:x/s &str_test,结果 - 0x601030: "A"

看起来&buf 没有评估到正确的地址,所以它仍然看到全零。根据其/proc/PID/maps,0x7ffff7dd2740 不在被调试进程的 BSS 中,所以这没有任何意义。 为什么&buf 会计算出错误的地址,而&str_test 会计算出正确的地址?两者都不是“全局”符号,但我们确实使用调试信息构建。

在 x86-64 Ubuntu 15.10 上使用 GNU gdb (Ubuntu 7.10-1ubuntu2) 7.10 测试。

我正在构建

yasm -felf64 -Worphan-labels -gdwarf2 buf-test.asm
gcc -g buf-test.o -o buf-test

可执行文件上的nm 显示正确的符号地址:

$ nm -n  buf-test     # numeric sort, heavily edited to omit symbols from glibc
...
0000000000601028 D __data_start
0000000000601038 d str_test
... 
000000000060103c B __bss_start
0000000000601040 b result
000000000060108b b buf
0000000000601153 b usage

(编者注:我重写了很多问题,因为奇怪之处在于 gdb 的行为,而不是 OP 的 asm!)。

【问题讨论】:

  • 我基本上重写了这个问题,因为你的 asm 正在工作。问题是 gdb 中的 &buf 是堆栈上的一些奇怪地址。 0x7ffff... 地址是 x86-64 Linux 中的堆栈地址。 bss 和数据地址始终位于低 2GB 中(因此它们适合有符号的 32 位整数,因为许多 x86-64 指令使用符号扩展的 imm32 立即数。例如,add rax, symbol 使用 add r/m64, imm64 编码)。无论如何,我在自己的 x86-64 桌面上测试了自己,并重现了 gdb 的怪异之处,但没有找到在 gdb 表达式中获取正确地址的方法 buf
  • 您得到错误地址的另一个线索是它是 16B 对齐的(最后一个十六进制数字是 0),但我们知道 buf 不应该这样。它跟在resb 75 之后,bss 的开头通常是 16B 对齐的(我们可以看到 result 在 nm 输出中。是的,这些符号地址是每次运行时实际映射可执行文件的位置它,因为它不可重定位。Linux 可执行文件的代码不必与位置无关,不像动态库需要那样(使用 -fPIC 编译,或避免手写 asm 中的绝对地址)。)
  • 谢谢,彼得,据我所知,这是一种 gdb 行为,是否可以处理它并以某种方式将字符放在 .bss 部分。堆栈中 buf 的位置不正确而不是 .bss 真的让我很恼火,而且我不明白为什么会这样。我应该以某种方式对齐 buf 吗?
  • 你的 asm 完全按照你的想法去做。唯一的问题是让 gdb 向您显示地址 0x060108b 的内容,方法是输入涉及 buf 的内容,而不是复制/粘贴数字地址。我跑了x /s 0x0060108b,得到了x60108b: "A"
  • 注意反汇编中可以看到数字地址。我的~/.gdbinit 中有set disassembly-flavor intellayout reg,所以我不必使用disas 命令来查看关于当前RIP 的反汇编指令。

标签: assembly x86 gdb x86-64 yasm


【解决方案1】:

glibc 也包含一个名为 buf 的符号。

(gdb) info variables ^buf$
All variables matching regular expression "^buf$":

File strerror.c:
static char *buf;

Non-debugging symbols:
0x000000000060108b  buf            <-- this is our buf
0x00007ffff7dd6400  buf            <-- this is glibc's buf

gdb 碰巧从 glibc 中选择符号而不是从可执行文件中选择符号。这就是ptype buf 显示char * 的原因。

为缓冲区使用不同的名称可以避免问题global buf 也是如此,以使其成为全局符号。如果您编写了一个不链接 libc 的独立程序(即定义 _start 并进行退出系统调用而不是运行 ret),您也不会遇到问题


注意0x00007ffff7dd6400(我的系统上buf的地址;与你的不同)不是实际上是堆栈地址。 它在视觉上看起来像一个堆栈地址,但实际上并非如此:它在 7 之后有不同数量的 f 数字。对于 cmets 中的混淆和问题的早期编辑,我们深表歉意。

共享库也在the low 47 bits of virtual address space 的顶部附近加载,靠近堆栈映射的位置。它们与位置无关,但库的 BSS 空间必须相对于其代码位于正确的位置。再次仔细检查/proc/PID/maps,gdb 的&amp;buf 实际上位于libc-2.21.so 映射旁边的rwx 匿名内存块(未映射到任何文件)中。

7ffff7a0f000-7ffff7bcf000 r-xp 00000000 09:7f 17031175       /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.21.so
7ffff7bcf000-7ffff7dcf000 ---p 001c0000 09:7f 17031175       /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.21.so
7ffff7dcf000-7ffff7dd3000 r-xp 001c0000 09:7f 17031175       /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.21.so
7ffff7dd3000-7ffff7dd5000 rwxp 001c4000 09:7f 17031175       /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.21.so
7ffff7dd5000-7ffff7dd9000 rwxp 00000000 00:00 0        <--- &buf is in this mapping
...
7ffffffdd000-7ffffffff000 rwxp 00000000 00:00 0              [stack]     <---- more FFs before the first non-FF than in &buf.

一个普通的call rel32 编码的指令不能到达库函数,但它不需要因为GNU/Linux 共享库必须支持符号插入,所以calls 到库函数实际上跳转到 PLT,间接jmp(带有来自 GOT 的指针)到达最终目的地。

【讨论】:

  • 现在很明显,这是与 libc 中映射到堆栈附近某处的 buf 的平庸名称冲突。所以值得为标签、变量选择合适的名称。谢谢,彼得。
  • @BulatM.:如果您没有安装 glibc 的调试符号,您可能不会遇到问题。它并没有真正污染全局命名空间。 (当然你的buf 也不是一个全局符号)。这就是为什么可以有两个不同地址的符号而不会出现链接错误。
  • 为什么 gdb 选择显示来自 libc 而不是来自 asm 程序的 buf?以及如何故意查看libc的buf和程序的buf的内容?我的意思是如何在 gdb 命令中区分它们。
  • @BulatM.:在程序开始运行之前,buf 是您程序的符号。但是在它开始运行之后,gdb 会在动态加载时从 glibc 加载符号。我的猜测是 gdb 使用它最后看到的任何调试符号中的条目。 OTOH,如果您使用static short buf[100] 调试C,我认为gdb 会根据符号元数据和其他东西知道。特别是如果你用-g 编译它。但是在汇编中,您必须手动使用指令来生成调试信息。 IDK 如何消除符号名称的歧义。这可能是不可能的,或者可能有某种文件名前缀。
  • 对于C对象,gdb可以通过x/s 'foo.c'::buf来区分不同源文件中同名的static对象。不过,我还没有找到一种方法来为来自 asm 源的函数执行此操作,即使使用 -F dwarf 来让 nasm 包含调试信息也是如此。明显的x/s 'foo.asm'::buf 不起作用。
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