Brug af GDB til Assembly-debugging

Velkommen til fejlfindingens verden! Når du arbejder med lavniveau-sprog som assembly, er det afgørende at forstå præcis, hvad programmet gør, instruktion for instruktion.

GNU Debugger (GDB) er et utroligt effektivt værktøj, der lader dig:

• Sætte programmet på pause på bestemte steder (stoppunkter).
• Gå gennem koden linje for linje.
• Undersøge værdierne i registre og hukommelse.
• Forstå programmets forløb og identificere problemer.

Det er en uundværlig færdighed for enhver assemblyprogrammør!

Før GDB kan hjælpe os, skal vi kompilere vores assemblykode med særlige "fejlfindingssymboler". Disse symboler fortæller GDB om variabelnavne, funktionsetiketter og kildekodelinjer, hvilket gør fejlfinding meget nemmere.

Til NASM-assembly på Linux bruger du typisk flaget -g under kompilering og sammenkædning:

• Assemblering: nasm -f elf32 -g your_code.asm -o your_code.o
• Sammenkædning: ld -m elf_i386 -g your_code.o -o your_executable

Flaget -g indlejrer fejlfindingsoplysningerne direkte i objektfilen og det eksekverbare program.

Lad os bruge et enkelt assemblyprogram som mål for vores fejlfinding. Dette program udskriver en meddelelse i konsollen og udfører derefter en simpel addition, før det afsluttes.

Vi kompilerer det med fejlfindingssymboler og går derefter i gang med GDB.

Når dit program er kompileret med fejlfindingssymboler, er det enkelt at starte GDB. Åbn din terminal, og skriv gdb efterfulgt af navnet på dit eksekverbare program.

Hvis det eksekverbare program i vores eksempel hedder debug_executable, skal du skrive:

gdb ./debug_executable

GDB indlæser dit program og viser sin prompt, som normalt er (gdb). Dit program kører endnu ikke; GDB er blot klar til at modtage kommandoer.

Et stoppunkt er en markering, der fortæller GDB, at programkørslen skal sættes på pause, når den når en bestemt instruktion eller hukommelsesadresse. På den måde stopper du programmet på et interessant sted.

Brug kommandoen break eller b efterfulgt af et funktionsnavn, en etiket eller en hukommelsesadresse for at indstille et stoppunkt. I assembly bruger vi ofte etiketter.

• (gdb) break _start: Indstiller et stoppunkt ved programmets startpunkt.
• (gdb) b *0x80480a0: Indstiller et stoppunkt ved en bestemt hukommelsesadresse (eksempeladresse).

Når du har indstillet stoppunkter, kan du starte programmet eller genoptage programkørslen.

• run (eller r): Starter programmet fra begyndelsen. Det kører, indtil det rammer det første stoppunkt, afsluttes eller går ned.
• continue (eller c): Genoptager programkørslen, efter at programmet har ramt et stoppunkt. Det fortsætter, indtil det når det næste stoppunkt eller afsluttes.

Prøv at indstille et stoppunkt ved _start og derefter bruge run. Du vil se GDB sætte programmet på pause helt i begyndelsen!

Når programmet er sat på pause ved et stoppunkt, kan du udføre instruktioner én ad gangen. Det er uvurderligt, når du vil se den præcise effekt af hver instruktion.

• stepi (eller si): Udfører den næste enkeltinstruktion. Hvis instruktionen er et call til en procedure, går si ind i proceduren.
• nexti (eller ni): Udfører den næste enkeltinstruktion. Hvis instruktionen er et call, udfører ni hele proceduren og stopper ved instruktionen umiddelbart *efter* call.

Brug si til omhyggeligt at følge hver instruktion, eller ni til at springe over procedurekald, du ikke er interesseret i.

Registre er CPU'ens små, ekstremt hurtige lagerpladser. I assembly flytter du hele tiden data ind i og ud af dem. GDB lader dig undersøge deres aktuelle værdier.

• info registers (eller i r): Viser de aktuelle værdier for alle generelle registre, segmentregistre, instruktionsmarkøren (EIP/RIP) og flagene.
• info registers eax: Viser værdien af et bestemt register, f.eks. EAX.
• print $eax: En anden måde at udskrive værdien af et bestemt register på. Præfikset $ fortæller GDB, at det er et register.

Efter vores add eax, ebx-instruktion kan du undersøge eax for at se den nye værdi (15).

Ud over registre får du ofte brug for at undersøge, hvad der er gemt i hukommelsen. Kommandoen x (examine) er nyttig her.

Formatet er x/<count><format><unit-size> <address>:

• count (N): Hvor mange enheder der skal vises.
• format (F): Hvordan de skal vises (f.eks. x for hexadecimal, d for decimal, s for streng og i for instruktioner).
• unit-size (U): Størrelsen på hver enhed (f.eks. b for byte, h for halfword/2 byte, w for word/4 byte og g for giant/8 byte).

Eksempler:

• (gdb) x/s hello_msg: Viser strengen ved hello_msg.
• (gdb) x/4xw $esp: Viser 4 words (4 byte hver) i hexadecimal fra stackmarkøren.

Nogle gange har du under fejlfinding brug for at se assemblyinstruktionerne omkring det aktuelle kørselssted. Kommandoen disassemble (eller disas) konverterer maskinkode tilbage til assembly.

• (gdb) disassemble: Disassemblerer den funktion, der udføres i øjeblikket.
• (gdb) disas _start: Disassemblerer hele funktionen _start.
• (gdb) disas $eip, +20: Disassemblerer 20 byte instruktioner fra den aktuelle instruktionsmarkør (EIP).

Det hjælper dig hurtigt med at orientere dig og se konteksten omkring koden.

Tillykke! Du har taget dine første skridt mod at mestre GDB til fejlfinding af assembly. Vi har gennemgået:

• Hvorfor GDB er afgørende ved programmering på lavt niveau.
• Hvordan du kompilerer assembly med fejlsymboler.
• Grundlæggende GDB-kommandoer som run, break og continue.
• Hvordan du går trin for trin gennem kode med stepi og nexti.
• Hvordan du inspicerer registre (info registers) og hukommelse (x).
• Dekompilering af kode undervejs (disassemble).

Disse grundlæggende færdigheder hjælper dig med at forstå og fejlfinde komplekse assemblyprogrammer, så deres indre funktioner bliver synlige instruktion for instruktion. Bliv ved med at øve dig!