调试器定位变量的原理

假设我们确实在do_stuff中的断点处停了下来。我们希望调试器能够告诉我们my_local变量的值，调试器怎么知道去×××到相关的信息呢？这可比定位函数要难多了，因为变量可以在全局数据区，可以在栈上，甚至是在寄存器中。另外，具有相同名称的变量在不同的词法作用域中可能有不同的值。调试信息必须能够反映出所有这些变化，而DWARF确实能做到这些。（用到了ptrace系统调用）

我不会涵盖所有的可能情况，作为例子，我将只展示调试器如何在do_stuff函数中定位到变量my_local。我们从.debug_info段开始，再次看看do_stuff这一项，这一次我们也看看其他的子项：

<1><71>: Abbrev Number: 5 (DW_TAG_subprogram)

<72> DW_AT_external : 1

<73> DW_AT_name : (...): do_stuff

<77> DW_AT_decl_file : 1

<78> DW_AT_decl_line : 4

<79> DW_AT_prototyped : 1

<7a> DW_AT_low_pc : 0x8048604

<7e> DW_AT_high_pc : 0x804863e

<82> DW_AT_frame_base : 0x0 (location list)

<86> DW_AT_sibling : <0xb3>

<2><8a>: Abbrev Number: 6 (DW_TAG_formal_parameter)

<8b> DW_AT_name : (...): my_arg

<8f> DW_AT_decl_file : 1

<90> DW_AT_decl_line : 4

<91> DW_AT_type : <0x4b>

<95> DW_AT_location : (...) (DW_OP_fbreg: 0)

<2><98>: Abbrev Number: 7 (DW_TAG_variable)

<99> DW_AT_name : (...): my_local

<9d> DW_AT_decl_file : 1

<9e> DW_AT_decl_line : 6

<9f> DW_AT_type : <0x4b>

<a3> DW_AT_location : (...) (DW_OP_fbreg: -20)

<2><a6>: Abbrev Number: 8 (DW_TAG_variable)

<a7> DW_AT_name : i

<a9> DW_AT_decl_file : 1

<aa> DW_AT_decl_line : 7

<ab> DW_AT_type : <0x4b>

<af> DW_AT_location : (...) (DW_OP_fbreg: -24)

注意每一个表项中第一个尖括号里的数字，这表示嵌套层次——在这个例子中带有<2>的表项都是表项<1>的子项。因此我们知道变量my_local（以DW_TAG_variable作为标签）是函数do_stuff的一个子项。调试器同样还对变量的类型感兴趣，这样才能正确的显示变量的值。这里my_local的类型根据DW_AT_type标签可知为<0x4b>。如果查看objdump的输出，我们会发现这是一个有符号4字节整数。

要在执行进程的内存映像中实际定位到变量，调试器需要检查DW_AT_location属性。对于my_local来说，这个属性为DW_OP_fberg: -20。这表示变量存储在从所包含它的函数的DW_AT_frame_base属性开始偏移-20处，而DW_AT_frame_base正代表了该函数的栈帧起始点。

函数do_stuff的DW_AT_frame_base属性的值是0×0（location list），这表示该值必须要在location list段去查询。我们看看objdump的输出：

$ objdump --dwarf=loc tracedprog2

tracedprog2: file format elf32-i386

Contents of the .debug_loc section:

Offset Begin End Expression

00000000 08048604 08048605 (DW_OP_breg4: 4 )

00000000 08048605 08048607 (DW_OP_breg4: 8 )

00000000 08048607 0804863e (DW_OP_breg5: 8 )

00000000 <End of list>

0000002c 0804863e 0804863f (DW_OP_breg4: 4 )

0000002c 0804863f 08048641 (DW_OP_breg4: 8 )

0000002c 08048641 0804865a (DW_OP_breg5: 8 )

0000002c <End of list>

关于位置信息，我们这里感兴趣的就是第一个。对于调试器可能定位到的每一个地址，它都会指定当前栈帧到变量间的偏移量，而这个偏移就是通过寄存器来计算的。对于x86体系结构，bpreg4代表esp寄存器，而bpreg5代表ebp寄存器。

让我们再看看do_stuff的开头几条指令：

08048604 <do_stuff>:

8048604: 55 push ebp

8048605: 89 e5 mov ebp,esp

8048607: 83 ec 28 sub esp,0x28

804860a: 8b 45 08 mov eax,DWORD PTR [ebp+0x8]

804860d: 83 c0 02 add eax,0x2

8048610: 89 45 f4 mov DWORD PTR [ebp-0xc],eax

注意，ebp只有在第二条指令执行后才与我们建立起关联，对于前两个地址，基地址由前面列出的位置信息中的esp计算得出。一旦得到了ebp的有效值，就可以很方便的计算出与它之间的偏移量。因为之后ebp保持不变，而esp会随着数据压栈和出栈不断移动。

那么这到底为我们定位变量my_local留下了什么线索？我们感兴趣的只是在地址0×8048610上的指令执行过后my_local的值（这里my_local的值会通过eax寄存器计算，而后放入内存）。因此调试器需要用到DW_OP_breg5: 8 基址来定位。现在回顾一下my_local的DW_AT_location属性：DW_OP_fbreg: -20。做下算数：从基址开始偏移-20，那就是ebp – 20，再偏移+8，我们得到ebp – 12。现在再看看反汇编输出，注意到数据确实是从eax寄存器中得到的，而ebp – 12就是my_local存储的位置。

http://www.kuqin.com/system-analysis/20120808/324134.html

转载于:https://blog.51cto.com/stonehorse/1140654

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