在linux中如何调用函数调用函数,gdb 如何调用函数？ | Linux 中国

(之前的 gdb 系列文章：gdb 如何工作(2016)[1] 和[2])

在这周，我发现我可以从 gdb 上调用 C 函数。这看起来很酷，因为在过去我认为 gdb 最多只是一个只读调试工具。

我对 gdb 能够调用函数感到很吃惊。正如往常所做的那样，我在 Twitter[3] 上询问这是如何工作的。我得到了大量的有用答案。我最喜欢的答案是 Evan Klitzke 的示例 C 代码[4]，它展示了 gdb 如何调用函数。代码能够运行，这很令人激动！

我(通过一些跟踪和实验)认为那个示例 C 代码和 gdb 实际上如何调用函数不同。因此，在这篇文章中，我将会阐述 gdb 是如何调用函数的，以及我是如何知道的。

关于 gdb 如何调用函数，还有许多我不知道的事情，并且，在这儿我写的内容有可能是错误的。

从 gdb 中调用 C 函数意味着什么？

在开始讲解这是如何工作之前，我先快速的谈论一下我是如何发现这件令人惊讶的事情的。

假如，你已经在运行一个 C 程序(目标程序)。你可以运行程序中的一个函数，只需要像下面这样做：◈ 暂停程序(因为它已经在运行中)◈ 找到你想调用的函数的地址(使用符号表)◈ 使程序(目标程序)跳转到那个地址◈ 当函数返回时，恢复之前的指令指针和寄存器

通过符号表来找到想要调用的函数的地址非常容易。下面是一段非常简单但能够工作的代码，我在 Linux 上使用这段代码作为例子来讲解如何找到地址。这段代码使用 elf crate[5]。如果我想找到 PID 为 2345 的进程中的 foo 函数的地址，那么我可以运行 elf_symbol_value('/proc/2345/exe', 'foo')。

fn elf_symbol_value(file_name:&str,symbol_name:&str)->Result>{

// 打开 ELF 文件

letfile=elf::File::open_path(file_name).ok().ok_or('parse error')?;

// 在所有的段 & 符号中循环，直到找到正确的那个

let sections=&file.sections;

forsinsections{

forsyminfile.get_symbols(&s).ok().ok_or('parse error')?{

ifsym.name==symbol_name{

returnOk(sym.value);

}

}

}

None.ok_or('No symbol found')?

}

这并不能够真的发挥作用，你还需要找到文件的内存映射，并将符号偏移量加到文件映射的起始位置。找到内存映射并不困难，它位于 /proc/PID/maps 中。

总之，找到想要调用的函数地址对我来说很直接，但是其余部分(改变指令指针，恢复寄存器等)看起来就不这么明显了。

你不能仅仅进行跳转

我已经说过，你不能够仅仅找到你想要运行的那个函数地址，然后跳转到那儿。我在 gdb 中尝试过那样做(jump foo)，然后程序出现了段错误。毫无意义。

如何从 gdb 中调用 C 函数

首先，这是可能的。我写了一个非常简洁的 C 程序，它所做的事只有 sleep 1000 秒，把这个文件命名为 test.c ：

#include

intfoo(){

return3;

}

intmain(){

sleep(1000);

}

接下来，编译并运行它：

$gcc-otesttest.c

$./test

最后，我们使用 gdb 来跟踪 test 这一程序：

$sudogdb-p $(pgrep-ftest)

(gdb)p foo()

$1=3

(gdb)quit

我运行 p foo() 然后它运行了这个函数！这非常有趣。

这有什么用？

下面是一些可能的用途：◈ 它使得你可以把 gdb 当成一个 C 应答式程序(REPL)，这很有趣，我想对开发也会有用◈ 在 gdb 中进行调试的时候展示/浏览复杂数据结构的功能函数(感谢 @invalidop[6])◈ 在进程运行时设置一个任意的名字空间[7](我的同事 nelhage 对此非常惊讶)◈ 可能还有许多我所不知道的用途

它是如何工作的

当我在 Twitter 上询问从 gdb 中调用函数是如何工作的时，我得到了大量有用的回答。许多答案是“你从符号表中得到了函数的地址”，但这并不是完整的答案。

有个人告诉了我两篇关于 gdb 如何工作的系列文章：原生调试：第一部分[9]，原生调试：第二部分[10]。第一部分讲述了 gdb 是如何调用函数的(指出了 gdb 实际上完成这件事并不简单，但是我将会尽力)。

步骤列举如下：☉ 停止进程☉ 创建一个新的栈框(远离真实栈)☉ 保存所有寄存器☉ 设置你想要调用的函数的寄存器参数☉ 设置栈指针指向新的栈框stack frame☉ 在内存中某个位置放置一条陷阱指令☉ 为陷阱指令设置返回地址☉ 设置指令寄存器的值为你想要调用的函数地址☉ 再次运行进程！

(LCTT 译注：如果将这个调用的函数看成一个单独的线程，gdb 实际上所做的事情就是一个简单的线程上下文切换)

我不知道 gdb 是如何完成这些所有事情的，但是今天晚上，我学到了这些所有事情中的其中几件。

创建一个栈框

如果你想要运行一个 C 函数，那么你需要一个栈来存储变量。你肯定不想继续使用当前的栈。准确来说，在 gdb 调用函数之前(通过设置函数指针并跳转)，它需要设置栈指针到某个地方。

这儿是 Twitter 上一些关于它如何工作的猜测：我认为它在当前栈的栈顶上构造了一个新的栈框来进行调用！

以及你确定是这样吗？它应该是分配一个伪栈，然后临时将 sp (栈指针寄存器)的值改为那个栈的地址。你可以试一试，你可以在那儿设置一个断点，然后看一看栈指针寄存器的值，它是否和当前程序寄存器的值相近？

我通过 gdb 做了一个试验：

(gdb)p $rsp

$7=(void*)0x7ffea3d0bca8

(gdb)breakfoo

Breakpoint1at0x40052a

(gdb)p foo()

Breakpoint1,0x000000000040052ainfoo()

(gdb)p $rsp

$8=(void*)0x7ffea3d0bc00

这看起来符合“gdb 在当前栈的栈顶构造了一个新的栈框”这一理论。因为栈指针($rsp)从 0x7ffea3d0bca8 变成了 0x7ffea3d0bc00 —— 栈指针从高地址往低地址长。所以 0x7ffea3d0bca8 在 0x7ffea3d0bc00 的后面。真是有趣！

所以，看起来 gdb 只是在当前栈所在位置创建了一个新的栈框。这令我很惊讶！

改变指令指针

让我们来看一看 gdb 是如何改变指令指针的！

(gdb)p $rip

$1=(void(*)())0x7fae7d29a2f0<__nanosleep_nocancel>

(gdb)b foo

Breakpoint1at0x40052a

(gdb)p foo()

Breakpoint1,0x000000000040052ainfoo()

(gdb)p $rip

$3=(void(*)())0x40052a

的确是！指令指针从 0x7fae7d29a2f0 变为了 0x40052a(foo 函数的地址)。

我盯着输出看了很久，但仍然不理解它是如何改变指令指针的，但这并不影响什么。

如何设置断点

上面我写到 break foo 。我跟踪 gdb 运行程序的过程，但是没有任何发现。

下面是 gdb 用来设置断点的一些系统调用。它们非常简单。它把一条指令用 cc 代替了(这告诉我们 int3 意味着 send SIGTRAP https://defuse.ca/online-x86-assembler.html)，并且一旦程序被打断了，它就把指令恢复为原先的样子。

我在函数 foo 那儿设置了一个断点，地址为 0x400528 。

PTRACE_POKEDATA 展示了 gdb 如何改变正在运行的程序。

// 改变 0x400528 处的指令

25622ptrace(PTRACE_PEEKTEXT,25618,0x400528,[0x5d00000003b8e589])=0

25622ptrace(PTRACE_POKEDATA,25618,0x400528,0x5d00000003cce589)=0

// 开始运行程序

25622ptrace(PTRACE_CONT,25618,0x1,SIG_0)=0

// 当到达断点时获取一个信号

25622ptrace(PTRACE_GETSIGINFO,25618,NULL,{si_signo=SIGTRAP,si_code=SI_KERNEL,si_value={int=-1447215360,ptr=0x7ffda9bd3f00}})=0

// 将 0x400528 处的指令更改为之前的样子

25622ptrace(PTRACE_PEEKTEXT,25618,0x400528,[0x5d00000003cce589])=0

25622ptrace(PTRACE_POKEDATA,25618,0x400528,0x5d00000003b8e589)=0

在某处放置一条陷阱指令

当 gdb 运行一个函数的时候，它也会在某个地方放置一条陷阱指令。这是其中一条。它基本上是用 cc 来替换一条指令(int3)。

5908ptrace(PTRACE_PEEKTEXT,5810,0x7f6fa7c0b260,[0x48f389fd89485355])=0

5908ptrace(PTRACE_PEEKTEXT,5810,0x7f6fa7c0b260,[0x48f389fd89485355])=0

5908ptrace(PTRACE_POKEDATA,5810,0x7f6fa7c0b260,0x48f389fd894853cc)=0

0x7f6fa7c0b260 是什么？我查看了进程的内存映射，发现它位于 /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.23.so 中的某个位置。这很奇怪，为什么 gdb 将陷阱指令放在 libc 中？

让我们看一看里面的函数是什么，它是 __libc_siglongjmp 。其他 gdb 放置陷阱指令的地方的函数是 __longjmp 、___longjmp_chk 、dl_main 和 _dl_close_worker 。

为什么？我不知道！也许出于某种原因，当函数 foo() 返回时，它调用 longjmp ，从而 gdb 能够进行返回控制。我不确定。

gdb 如何调用函数是很复杂的！

我将要在这儿停止了(现在已经凌晨 1 点)，但是我知道的多一些了！

看起来“gdb 如何调用函数”这一问题的答案并不简单。我发现这很有趣并且努力找出其中一些答案，希望你也能够找到。

我依旧有很多未回答的问题，关于 gdb 是如何完成这些所有事的，但是可以了。我不需要真的知道关于 gdb 是如何工作的所有细节，但是我很开心，我有了一些进一步的理解。

via: https://jvns.ca/blog/2018/01/04/how-does-gdb-call-functions/