調試器定位變量的原理

時間 2020-05-18

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假設咱們確實在do_stuff中的斷點處停了下來。咱們但願調試器可以告訴咱們my_local變量的值，調試器怎麼知道去×××到相關的信息呢？這可比定位函數要難多了，由於變量能夠在全局數據區，能夠在棧上，甚至是在寄存器中。另外，具備相同名稱的變量在不一樣的詞法做用域中可能有不一樣的值。調試信息必須可以反映出全部這些變化，而DWARF確實能作到這些。（用到了ptrace系統調用）

我不會涵蓋全部的可能狀況，做爲例子，我將只展現調試器如何在do_stuff函數中定位到變量my_local。咱們從.debug_info段開始，再次看看do_stuff這一項，這一次咱們也看看其餘的子項：

 
         <1><71>: Abbrev Number: 5 (DW_TAG_subprogram) 
        
         <72>   DW_AT_external    : 1 
        
         <73>   DW_AT_name        : (...): do_stuff 
        
         <77>   DW_AT_decl_file   : 1 
        
         <78>   DW_AT_decl_line   : 4 
        
         <79>   DW_AT_prototyped  : 1 
        
         <7a>   DW_AT_low_pc      : 0x8048604 
        
         <7e>   DW_AT_high_pc     : 0x804863e 
        
         <82>   DW_AT_frame_base  : 0x0      (location list) 
        
         <86>   DW_AT_sibling     : <0xb3> 
        
         <2><8a>: Abbrev Number: 6 (DW_TAG_formal_parameter) 
        
         <8b>   DW_AT_name        : (...): my_arg 
        
         <8f>   DW_AT_decl_file   : 1 
        
         <90>   DW_AT_decl_line   : 4 
        
         <91>   DW_AT_type        : <0x4b> 
        
         <95>   DW_AT_location    : (...)       (DW_OP_fbreg: 0) 
        
         <2><98>: Abbrev Number: 7 (DW_TAG_variable) 
        
         <99>   DW_AT_name        : (...): my_local 
        
         <9d>   DW_AT_decl_file   : 1 
        
         <9e>   DW_AT_decl_line   : 6 
        
         <9f>   DW_AT_type        : <0x4b> 
        
         <a3>   DW_AT_location    : (...)      (DW_OP_fbreg: -20) 
        
         <2><a6>: Abbrev Number: 8 (DW_TAG_variable) 
        
         <a7>   DW_AT_name        : i 
        
         <a9>   DW_AT_decl_file   : 1 
        
         <aa>   DW_AT_decl_line   : 7 
        
         <ab>   DW_AT_type        : <0x4b> 
        
         <af>   DW_AT_location    : (...)      (DW_OP_fbreg: -24)

注意每個表項中第一個尖括號裏的數字，這表示嵌套層次——在這個例子中帶有<2>的表項都是表項<1>的子項。所以咱們知道變量my_local（以DW_TAG_variable做爲標籤）是函數do_stuff的一個子項。調試器一樣還對變量的類型感興趣，這樣才能正確的顯示變量的值。這裏my_local的類型根據DW_AT_type標籤可知爲<0x4b>。若是查看objdump的輸出，咱們會發現這是一個有符號4字節整數。

要在執行進程的內存映像中實際定位到變量，調試器須要檢查DW_AT_location屬性。對於my_local來講，這個屬性爲DW_OP_fberg: -20。這表示變量存儲在從所包含它的函數的DW_AT_frame_base屬性開始偏移-20處，而DW_AT_frame_base正表明了該函數的棧幀起始點。

函數do_stuff的DW_AT_frame_base屬性的值是0×0（location list），這表示該值必需要在location list段去查詢。咱們看看objdump的輸出：

 
         $ objdump --dwarf=loc tracedprog2 
        
         tracedprog2:      
         file  
         format  
         elf32-i386 
        
         Contents of the .debug_loc section: 
        
         Offset   Begin    End      Expression 
        
         00000000 08048604 08048605 (DW_OP_breg4: 4 ) 
        
         00000000 08048605 08048607 (DW_OP_breg4: 8 ) 
        
         00000000 08048607 0804863e (DW_OP_breg5: 8 ) 
        
         00000000 <End of list> 
        
         0000002c 0804863e 0804863f (DW_OP_breg4: 4 ) 
        
         0000002c 0804863f 08048641 (DW_OP_breg4: 8 ) 
        
         0000002c 08048641 0804865a (DW_OP_breg5: 8 ) 
        
         0000002c <End of list>

關於位置信息，咱們這裏感興趣的就是第一個。對於調試器可能定位到的每個地址，它都會指定當前棧幀到變量間的偏移量，而這個偏移就是經過寄存器來計算的。對於x86體系結構，bpreg4表明esp寄存器，而bpreg5表明ebp寄存器。

讓咱們再看看do_stuff的開頭幾條指令：

 
         08048604 <do_stuff>: 
        
         8048604:       55          push   ebp 
        
         8048605:       89 e5       mov    ebp,esp 
        
         8048607:       83 ec 28    sub    esp,0x28 
        
         804860a:       8b 45 08    mov    eax, 
         DWORD  
         PTR [ebp+0x8] 
        
         804860d:       83 c0 02    add    eax,0x2 
        
         8048610:       89 45 f4    mov     
         DWORD  
         PTR [ebp-0xc],eax

注意，ebp只有在第二條指令執行後才與咱們創建起關聯，對於前兩個地址，基地址由前面列出的位置信息中的esp計算得出。一旦獲得了ebp的有效值，就能夠很方便的計算出與它之間的偏移量。由於以後ebp保持不變，而esp會隨着數據壓棧和出棧不斷移動。

那麼這到底爲咱們定位變量my_local留下了什麼線索？咱們感興趣的只是在地址0×8048610上的指令執行事後my_local的值（這裏my_local的值會經過eax寄存器計算，然後放入內存）。所以調試器須要用到DW_OP_breg5: 8 基址來定位。如今回顧一下my_local的DW_AT_location屬性：DW_OP_fbreg: -20。作下算數：從基址開始偏移-20，那就是ebp – 20，再偏移+8，咱們獲得ebp – 12。如今再看看反彙編輸出，注意到數據確實是從eax寄存器中獲得的，而ebp – 12就是my_local存儲的位置。

http://www.kuqin.com/system-analysis/20120808/324134.html