【问题标题】:In assembly code, how .cfi directive works?在汇编代码中,.cfi 指令如何工作?
【发布时间】:2015-06-14 04:14:45
【问题描述】:

[汇编代码]

main:
.LFB0:
    .cfi_startproc
    pushl   %ebp
    .cfi_def_cfa_offset 8
    .cfi_offset 5, -8
    movl    %esp, %ebp
    .cfi_def_cfa_register 5
    andl    $-16, %esp
    subl    $32, %esp
    movl    $5, 20(%esp)
    movl    $3, 24(%esp)
    movl    24(%esp), %eax
    movl    %eax, 4(%esp)
    movl    20(%esp), %eax
    movl    %eax, (%esp)
    call    add
    movl    %eax, 28(%esp)
    movl    $0, %eax
    leave
    .cfi_restore 5
    .cfi_def_cfa 4, 4
    ret
    .cfi_endproc
.LFE0:
    .size   main, .-main
    .globl  add
    .type   add, @function
add:
.LFB1:
    .cfi_startproc
    pushl   %ebp
    .cfi_def_cfa_offset 8
    .cfi_offset 5, -8
    movl    %esp, %ebp
    .cfi_def_cfa_register 5
    subl    $16, %esp
    movl    12(%ebp), %eax
    movl    8(%ebp), %edx
    addl    %edx, %eax
    movl    %eax, -4(%ebp)
    movl    -4(%ebp), %eax
    leave
    .cfi_restore 5
    .cfi_def_cfa 4, 4
    ret
    .cfi_endproc

[源代码]

int add(int k, int l);

int main(int argc, char **argv) { 
        int a, b, ret;
        a = 5;
        b = 3;
        ret = add(a, b); 
        return 0;
}

int add(int k, int l) { 
        int x;
        x = k + l;
        return x;
}

我正在研究汇编语言级别的 c 函数的调用约定。

如您所知,.cfi 用于添加调试信息。我已经阅读了一些 cfi 文章并知道每个指令的含义。

在上述汇编代码中,.cfi_def_cfa_offset 8.cfi_offset 5 -8 指令连续出现。这发生在“main”函数和“add”函数中。

但是,我不知道为什么会这样。我所知道的是.cfi_def_cfa_offset.cfi_offset 用于制作保留内存来存储调试信息。在此代码中,该偏移量首先设置为 +8,然后设置为 -8。结果是……没有剩余的内存空间来存储 cfi。我说的对吗?

我认为堆栈段是这样工作的。

.cfi_startproc
|-------------|
|  whatever   | <- %esp = CFA      ↑ increase address
|-------------|
|             |                    ↓ stack grow
|_____________|



.pushl  %ebp
|-------------|
|  whatever   | 
|-------------|
|   %ebp      | <- %esp
|_____________|


.cfi_def_cfa_offset 8
|-------------|
|  whatever   |  <- %esp
|-------------|
|   whatever  |
|-------------|
|   %ebp      |
|-------------|



.cfi_offset 5 -8 
|-------------|
|  whatever   |  
|-------------|
|   whatever  |
|-------------|
|   %ebp      | <- %esp
|-------------|



 subl $32, %esp
|-------------|
|   whatever  |
|-------------|
|    %ebp     |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             | <- %esp
|-------------|



 movl $5, 20(%esp)
|-------------|
|   whatever  |
|-------------|
|    %ebp     |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             |
|-------------|
|      5      |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             | <- %esp
|-------------|

等等……

问题 2。

在过程add,调用函数的参数被移动到被调用函数寄存器。

    movl    12(%ebp), %eax
    movl    8(%ebp), %edx

但是,在我的计算中,8(%ebp) 并没有指向调用者堆栈的顶部。因为,

1) 在pushl %ebp,%esp 减去 4

2) 在cfi_offset 5, -8,%esp 是 sbracted 8(这样,我忽略了.cfi_def_cfa_offset 8。我不确定)

所以,这样调用函数栈顶应该是12(%ebp),而8(%ebp)是指向存储的调用函数的基指针。

我不知道我不知道...我需要你的帮助。

-添加

What do the CFI directives mean? (and some more questions)

这个 SO 问题与我几乎相似。但没有人清楚地回答这个问题。

【问题讨论】:

标签: assembly stack dwarf


【解决方案1】:

.cfi directives生成任何汇编代码。它们被执行并且根本改变你的调用框架的布局。

相反,它们告诉需要展开堆栈的工具(调试器、异常展开器)有关框架的结构(以及如何展开它)。这些信息不会存储在指令旁边,而是存储在程序的另一部分中(见注 1)。

我们来看看这个sn-p:

main:
.LFB0:
    .cfi_startproc
    pushl   %ebp
    .cfi_def_cfa_offset 8
    .cfi_offset 5, -8
    movl    %esp, %ebp
    .cfi_def_cfa_register 5
    andl    $-16, %esp
    subl    $32, %esp
    movl    $5, 20(%esp)
    movl    $3, 24(%esp)
    movl    24(%esp), %eax
    movl    %eax, 4(%esp)
    movl    20(%esp), %eax
    movl    %eax, (%esp)
    call    add
    movl    %eax, 28(%esp)
    movl    $0, %eax
    leave
    .cfi_restore 5
    .cfi_def_cfa 4, 4
    ret
    .cfi_endproc

汇编器将汇编.text段中的指令并编译另一段中的.cfi指令(.eh_frame.debug_frame):

$ gcc -m32 -g test.s -c -o a.out
$ objdump -d a.out
[...]
00000000 <main>:
   0:   55                      push   %ebp
   1:   89 e5                   mov    %esp,%ebp
   3:   83 e4 f0                and    $0xfffffff0,%esp
   6:   83 ec 20                sub    $0x20,%esp
   9:   c7 44 24 14 05 00 00    movl   $0x5,0x14(%esp)
  10:   00 
  11:   c7 44 24 18 03 00 00    movl   $0x3,0x18(%esp)
  18:   00 
  19:   8b 44 24 18             mov    0x18(%esp),%eax
  1d:   89 44 24 04             mov    %eax,0x4(%esp)
  21:   8b 44 24 14             mov    0x14(%esp),%eax
  25:   89 04 24                mov    %eax,(%esp)
  28:   e8 fc ff ff ff          call   29 <main+0x29>
  2d:   89 44 24 1c             mov    %eax,0x1c(%esp)
  31:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
  36:   c9                      leave  
  37:   c3                      ret

注意main 函数的代码中只有指令。 CFI 在其他地方:

$ readelf -wF a.out 
Contents of the .eh_frame section:

00000000 00000014 00000000 CIE "zR" cf=1 df=-4 ra=8
   LOC   CFA      ra      
00000000 esp+4    c-4   

00000018 0000001c 0000001c FDE cie=00000000 pc=00000000..00000038
   LOC   CFA      ebp   ra      
00000000 esp+4    u     c-4   
00000001 esp+8    c-8   c-4   
00000003 ebp+8    c-8   c-4   
00000037 esp+4    u     c-4

CFI 是描述帧布局的信息(不是本机 CPU 指令)。

示例

例如让我们以这个 sn-p 为例:

.cfi_startproc
pushl   %ebp
.cfi_def_cfa_offset 8
.cfi_offset 5, -8

.cfi_startproc

cfi_startproc 初始化函数的 CFI。此时CFA(Canonical Frame Address,即%rsp在调用者帧中的地址)由%esp + 4给出(因为调用者在call指令中推送了返回地址):

whatever              <- CFA
return address  (ra)  <- %esp

CFI 指令在.eh_frame 中“编译”:

   LOC   CFA      ebp   ra      
00000000 esp+4    u     c-4

.cfi_def_cfa_offset.cfi_offset

pushl %ebp 指令中,这不再成立:cfa ≠ %esp + 4 因为%esp 已更改。在这条指令之后,我们有cfa = %esp + 8。调试器需要知道这一点,并且.cfi_def_cfa_offset 8 指令在.eh_frame 部分为调试器生成合适的信息:.cfi_def_cfa_offset 8cfa = %esp + 8 中将偏移量设置为8。

whatever             <- CFA  = %esp + 8
return address (ra)
caller %ebp          <- %esp (= CFA - 8)

pushl %ebp 的目的是将调用者的%ebp 的值保存在堆栈上。调试器需要知道这个值的保存位置,以便展开堆栈并恢复调用者帧。 .cfi_offset 5, -8 指令指示调试器寄存器 5 (%ebp) 已由 cfa - 8 中的上一条指令保存。

此信息可在.eh_frame 表的下一个条目中找到:

   LOC   CFA      ebp   ra
[...]      
00000001 esp+8    c-8   c-4

注意事项

注意 1:在某些情况下,这些信息是调试信息的一部分,这意味着它可能在运行时不存在,并且如果文件未使用调试信息编译,则可能根本不存在于文件中。

【讨论】:

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