C/C++中手动获取调用堆栈【转】
转自:http://blog.csdn.net/kevinlynx/article/details/39269507
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当我们的程序core掉之后,如果能获取到core时的函数调用堆栈将非常有利于定位问题。在Windows下可以使用SEH机制;在Linux下通过gdb使用coredump文件即可。
但有时候由于某些错误导致堆栈被破坏,发生拿不到调用堆栈的情况。
一些基础预备知识本文不再详述,可以参考以下文章:
- 函数调用栈的获取原理分析
- 寄存器、函数调用与栈帧
需要知道的信息:
- 函数调用对应的
call
指令本质上是先压入下一条指令的地址到堆栈,然后跳转到目标函数地址 - 函数返回指令
ret
则是从堆栈取出一个地址,然后跳转到该地址 - EBP寄存器始终指向当前执行函数相关信息(局部变量)所在栈中的位置,ESP则始终指向栈顶
- 每一个函数入口都会保存调用者的EBP值,在出口处都会重设EBP值,从而实现函数调用的现场保存及现场恢复
- 64位机器增加了不少寄存器,从而使得函数调用的参数大部分时候可以通过寄存器传递;同时寄存器名字发生改变,例如EBP变为RBP
在函数调用中堆栈的情况可用下图说明:
将代码对应起来:
- void g() {
- int *p = 0;
- long a = 0x1234;
- printf("%p %x\n", &a, a);
- printf("%p %x\n", &p, p);
- f();
- *p = 1;
- }
- void b(int argc, char **argv) {
- printf("%p %p\n", &argc, &argv);
- g();
- }
- int main(int argc, char **argv) {
- b(argc, argv);
- return 0;
- }
在函数g()
中断点,看看堆栈中的内容(64位机器):
- (gdb) p $rbp
- $2 = (void *) 0x7fffffffe370
- (gdb) p &p
- $3 = (int **) 0x7fffffffe368
- (gdb) p $rsp
- $4 = (void *) 0x7fffffffe360
- (gdb) x/8ag $rbp-16
- 0x7fffffffe360: 0x1234 0x0
- 0x7fffffffe370: 0x7fffffffe390 0x400631 <b(int, char**)+43>
- 0x7fffffffe380: 0x7fffffffe498 0x1a561cbc0
- 0x7fffffffe390: 0x7fffffffe3b0 0x40064f <main(int, char**)+27>
对应的堆栈图:
可以看看例子中0x400631 <b(int, char**)+43>
和0x40064f <main(int, char**)+27>
中的代码:
- (gdb) disassemble 0x400631
- ...
- 0x0000000000400627 <b(int, char**)+33>: callq 0x400468 <printf@plt>
- 0x000000000040062c <b(int, char**)+38>: callq 0x4005ae <g()>
- 0x0000000000400631 <b(int, char**)+43>: leaveq # call的下一条指令
- ...
- (gdb) disassemble 0x40064f
- ...
- 0x000000000040063f <main(int, char**)+11>: mov %rsi,-0x10(%rbp)
- 0x0000000000400643 <main(int, char**)+15>: mov -0x10(%rbp),%rsi
- 0x0000000000400647 <main(int, char**)+19>: mov -0x4(%rbp),%edi
- 0x000000000040064a <main(int, char**)+22>: callq 0x400606 <b(int, char**)>
- 0x000000000040064f <main(int, char**)+27>: mov $0x0,%eax # call的下一条指令
- ...
顺带一提,每个函数入口和出口,对应的设置RBP代码为:
- (gdb) disassemble g
- ...
- 0x00000000004005ae <g()+0>: push %rbp # 保存调用者的RBP到堆栈
- 0x00000000004005af <g()+1>: mov %rsp,%rbp # 设置自己的RBP
- ...
- 0x0000000000400603 <g()+85>: leaveq # 等同于:movq %rbp, %rsp
- # popq %rbp
- 0x0000000000400604 <g()+86>: retq
由以上可见,通过当前的RSP或RBP就可以找到调用堆栈中所有函数的RBP;找到了RBP就可以找到函数地址。因为,任何时候的RBP指向的堆栈位置就是上一个函数的RBP;而任何时候RBP所在堆栈中的前一个位置就是函数返回地址。
由此我们可以自己构建一个导致gdb无法取得调用堆栈的例子:
- void f() {
- long *p = 0;
- p = (long*) (&p + 1); // 取得g()的RBP
- *p = 0; // 破坏g()的RBP
- }
- void g() {
- int *p = 0;
- long a = 0x1234;
- printf("%p %x\n", &a, a);
- printf("%p %x\n", &p, p);
- f();
- *p = 1; // 写0地址导致一次core
- }
- void b(int argc, char **argv) {
- printf("%p %p\n", &argc, &argv);
- g();
- }
- int main(int argc, char **argv) {
- b(argc, argv);
- return 0;
- }
使用gdb运行该程序:
- Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
- g () at ebp.c:37
- 37 *p = 1;
- (gdb) bt
- Cannot access memory at address 0x8
- (gdb) p $rbp
- $1 = (void *) 0x0
bt
无法获取堆栈,在函数g()
中RBP被改写为0,gdb从0偏移一个地址长度即0x8,尝试从0x8内存位置获取函数地址,然后提示Cannot access memory at address 0x8
。
RBP出现了问题,我们就可以通过RSP来手动获取调用堆栈。因为RSP是不会被破坏的,要通过RSP获取调用堆栈则需要偏移一些局部变量所占的空间:
- (gdb) p $rsp
- $2 = (void *) 0x7fffffffe360
- (gdb) x/8ag $rsp+16 # g()中局部变量占16字节
- 0x7fffffffe370: 0x7fffffffe390 0x400631 <b(int, char**)+43>
- 0x7fffffffe380: 0x7fffffffe498 0x1a561cbc0
- 0x7fffffffe390: 0x7fffffffe3b0 0x40064f <main(int, char**)+27>
- 0x7fffffffe3a0: 0x7fffffffe498 0x100000000
基于以上就可以手工找到调用堆栈:
- g()
- 0x400631 <b(int, char**)+43>
- 0x40064f <main(int, char**)+27>
上面的例子本质上也是破坏堆栈,并且仅仅破坏了保存了的RBP。在实际情况中,堆栈可能会被破坏得更多,则可能导致手动定位也较困难。
堆栈被破坏还可能导致更多的问题,例如覆盖了函数返回地址,则会导致RIP错误;例如堆栈的不平衡。导致堆栈被破坏的原因也有很多,例如局部数组越界;delete/free栈上对象等。
omit-frame-pointer
使用RBP获取调用堆栈相对比较容易。但现在编译器都可以设置不使用RBP(gcc使用-fomit-frame-pointer,msvc使用/Oy),对于函数而言不设置其RBP意味着可以节省若干条指令。在函数内部则完全使用RSP的偏移来定位局部变量,包括嵌套作用域里的局部变量,即使程序实际运行时不会进入这个作用域。
例如:
- void f2() {
- int a = 0x1234;
- if (a > 0) {
- int b = 0xff;
- b = a;
- }
- }
gcc中使用-fomit-frame-pointer
生成的代码为:
- (gdb) disassemble f2
- Dump of assembler code for function f2:
- 0x00000000004004a5 <f2+0>: movl $0x1234,-0x8(%rsp) # int a = 0x1234
- 0x00000000004004ad <f2+8>: cmpl $0x0,-0x8(%rsp)
- 0x00000000004004b2 <f2+13>: jle 0x4004c4 <f2+31>
- 0x00000000004004b4 <f2+15>: movl $0xff,-0x4(%rsp) # int b = 0xff
- 0x00000000004004bc <f2+23>: mov -0x8(%rsp),%eax
- 0x00000000004004c0 <f2+27>: mov %eax,-0x4(%rsp)
- 0x00000000004004c4 <f2+31>: retq
可以发现f2()
没有操作RBP
之类的指令了。
原文地址: http://codemacro.com/2014/09/02/stack-frame/
written by Kevin Lynx posted at http://codemacro.com
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