GDB 单步调试汇编

时间：2021-01-23 08:56:48

本文同时发表在 https://github.com/zhangyachen/zhangyachen.github.io/issues/134

之前在看汇编的时候一直是肉眼看GCC -S的结果，缺点是很不直观，无法实时的看到寄存器的值，所以研究了下如何用GDB调试汇编。当然，写这篇文章更重要的一个目的是半年没有写博客了，博客要长草了。^_^

我调试汇编的需求有几点：

  • 能够单步进行汇编调试。
  • 能够实时看到寄存器值的变化。
  • 能够看到源代码和对应汇编的关系。

下面分享下用GDB实现上面的3点需求：

单步进行汇编调试

使用si和ni。与s与n的区别在于：s与n是C语言级别的单步调试，si与ni是汇编级别的单步调试。

能够实时看到寄存器值的变化。

使用gdb时增加-tui选项，打开gdb后运行layout regs命令。注意最好加上-tui，否则很大可能会出现花屏现象。

GDB 单步调试汇编

能够看到源代码和对应汇编的关系

在gdb中运行set disassemble-next-line on，表示自动反汇编后面要执行的代码。

GDB 单步调试汇编

可以清晰的看出int c=sum(x,y);与下面红框内的汇编指令成对应关系。

如果大家不想用这么原始的方式，可以给GDB安装插件或者使用emacs达到上面的目的，推荐两篇文章：

最后以一个小例子结束：

int sum(int x,int y){
        return x+y;
}

int main(){
        int x=10;
        int y=20;
        int c=sum(x,y);

        return 0;
}

gcc版本4.4.7，默认的优化选项。

我们单步调试下这段代码对应的汇编：

设置断点

注意如果想要把断点设置在汇编指令层次函数的开头，应该使用b *fun而不是b func，这里我们把断点设置在b *main

分配栈帧

0x0000000000400489 <main+0>:     55 push   %rbp
0x000000000040048a <main+1>:     48 89 e5   mov    %rsp,%rbp
0x000000000040048d <main+4>:     48 83 ec 10    sub    $0x10,%rsp

%rbp和%rsp表示的是当前栈帧的栈底和栈顶。其中%rbp是被调用者需要保存的寄存器。sub $0x10,%rsp表示为main函数分配栈帧空间。
注意这里分配了16字节的栈空间，会有4字节用不上，我个人猜测跟gcc汇编产生的cfi_def_cfa_offset 16有关，这个没有深究。

int x=10

0x0000000000400491 <main+8>:     c7 45 f4 0a 00 00 00   movl   $0xa,-0xc(%rbp)

将x的值放到栈中

int y=20

0x0000000000400498 <main+15>:         c7 45 f8 14 00    00 00   movl   $0x14,-0x8(%rbp)

将y的值放到栈中

sum函数调用

 0x000000000040049f <main+22>:         8b 55 f8 mov    -0x8(%rbp),%edx
 0x00000000004004a2 <main+25>:         8b 45 f4 mov    -0xc(%rbp),%eax
 0x00000000004004a5 <main+28>:         89 d6    mov    %edx,%esi
 0x00000000004004a7 <main+30>:         89 c7    mov    %eax,%edi
 0x00000000004004a9 <main+32>:         e8 c6 ff ff ff   callq  0x400474 <sum>

将x与y分别赋值到%esi和%edi中，其中%edi和%esi被规定用来传递函数的第一个和第二个参数。（一个疑问是为什么不能直接mov -0x8(%rbp),%esi呢？）
callq会将下一条指令的地址压入栈中，并跳到sum函数的第一条指令。

进入sum函数

0x0000000000400474 <sum+0>:  55 push   %rbp
0x0000000000400475 <sum+1>:  48 89 e5   mov    %rsp,%rbp
0x0000000000400478 <sum+4>:  89 7d fc   mov    %edi,-0x4(%rbp)
0x000000000040047b <sum+7>:  89 75 f8   mov    %esi,-0x8(%rbp)

同main函数一样，首先将%rbp保存，然后从%edi和%esi中取出函数参数。

求和

0x000000000040047e <sum+10>:     8b 45 f8   mov    -0x8(%rbp),%eax
0x0000000000400481 <sum+13>:     8b 55 fc   mov    -0x4(%rbp),%edx
0x0000000000400484 <sum+16>:     8d 04 02   lea    (%rdx,%rax,1),%eax

将x和y相加，这里用到的是lea指令，关于lea指令介绍参考LEA instruction?，这里不赘述了。
将返回值放到%eax中，%rax寄存器规定存放函数的返回值。像GO语言如果函数可以有多个返回值的话，返回值是放到栈中。

sum函数收尾

0x0000000000400487 <sum+19>:     c9 leaveq
0x0000000000400488 <sum+20>:     c3 retq

我们先看下现在的栈：

GDB 单步调试汇编
(这里不知道为什么没有sub xx,$rsp，我猜测是gcc发现这个最后一次函数调用，之后不会有栈的增长只会有栈的回退，所以用%rsp和%rbp的结果是一样的。简单验证了下，应该是这样)。
在函数结束时首先需要回收当前函数的栈帧、恢复保存过的寄存器、恢复%rip的值，即返回地址。

leaveq指令相当于：

mov  %rbp,%rsp     
pop %rbp

作用是释放(deallocate)当前函数的栈帧并恢复被保存的寄存器的值。由此我们也可以看出%rbp的作用：记住%rsp应该回退的位置，否则函数结束时%rsp不知道该回退到哪。

req指令相当于：

pop %rip

将上面保存过的callq的下一条指令地址恢复到%rip中。

接收函数返回值

0x00000000004004ae <main+37>:         89 45 fc  mov    %eax,-0x4(%rbp)

将%eax的值放入到main函数的栈帧中。

return 0

0x00000000004004b1 <main+40>:         b8 00 00 00 00    mov    $0x0,%eax

同上面sum函数一样。

main函数收尾

0x00000000004004b6 <main+45>:         c9    leaveq
0x00000000004004b7 <main+46>:         c3    retq

如果上面%rsp和%rbp指向同一内存区域看起来不太直观的话，看下现在main函数即将结束时的栈空间：

GDB 单步调试汇编

同上面sum函数的解释一样，不再赘述。

程序运行成功退出。

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