在实模式下通过 gdb 访问 $api 失败答案

【问题标题】：Acessing $eip via gdb fails in real mode在实模式下通过 gdb 访问 $api 失败
【发布时间】：2023-12-18 06:38:01
【问题描述】：

我正在尝试调试我正在使用 gdb 编写的 x86 引导加载程序。由于 gdb 似乎不能很好地处理 16 位实模式，因此我正在使用其他人为此目的编写的 gdb script。

我尝试调试的代码的最小示例如下所示（文件asm/boot.asm）：

bits 16

global _start

_start:
  ; zero DS
  xor ax, ax
  mov ds, ax

  ; TODO

sleep:
  jmp sleep

  times 510-($-$$) db 0 ; zero out rest of section
  dw 0xAA55             ; add boot signature (needed by qemu)

我执行以下命令来创建一个可调试的 elf 文件以及我复制到虚拟软盘映像开头的平面二进制文件：

nasm -i asm -f elf64 -g -F dwarf asm/boot.asm -o out/boot.o
ld -Ttext=0x7c00 -melf_x86_64 out/boot.o -o out/boot.elf
objcopy -O binary out/boot.elf out/boot.img
dd if=/dev/zero of=imgs/os.flp bs=512 count=1000
dd if=out/boot.img of=imgs/os.flp bs=512 count=1 conv=notrunc

我在qemu 下运行此图像：

qemu-system-x86_64 -nographic -drive format=raw,file=imgs/os.flp,index=0,if=floppy -S -s &

并将 gdb 附加到：

gdb out/boot.elf \
    -ex "target remote localhost:1234" \
    -x gdbinit_real_mode.txt \
    -ex "break _start" \
    -ex "continue"

gdbinit_real_mode.txt 是链接脚本。

这实际上不起作用，因为脚本包含一个函数compute_regs，它将（以及其他）$rip 设置为$cs * 16 + $eip。我知道这样做是因为在实模式下内存是使用段+偏移寄存器来寻址的，但 gdb 本身并不知道这一点。但是，compute_regs 中的以下 gdb 命令因“无效转换”而失败（实际上对 $eip 的任何访问都以这种方式失败）：

set $rip = ((((unsigned long)$cs & 0xFFFF) << 4) + ((unsigned long)$eip & 0xFFFF)) & $ADDRESS_MASK

为什么会这样，我该如何解决？我在 64 位 Linux 主机上使用 nasm 2.15.05、qemu 5.1.0 和 gdb 9.2。

【问题讨论】：

@MichaelPetch：这确实是问题所在，为 i386 构建工作，我也会尝试为 x86_64 调整脚本。

标签： x86 gdb nasm ld real-mode

【解决方案1】：

该脚本设计为在 GDB 以 32 位模式运行时使用。 GDB 假设使用 64 位代码，因为您正在使用 64 位 ELF 文件进行调试。由于这不是 64 位代码，您可以将 NASM 的命令行更改为使用 -f elf32 而不是 -f elf64，然后使用 LD 选项 -melf_i386 而不是 -melf_x86_64。这样做应该会生成一个 32 位 ELF 可执行文件，并且脚本应该可以工作。

或者，如果您想将该脚本与 64 位 ELF 一起使用，您可能必须将 $eip 更改为 $rip。

我还建议在通过 GDB 调试 32 位代码时使用 qemu-system-i386。如果您在尝试调试在 16 位模式下运行的 32 位 ELF 可执行文件时使用 qemu-system-x86_64，可能会遇到更多问题。

【讨论】：