淺析ARM架構(gòu)下的函數(shù)的調(diào)用過程
1、背景知識
1、ARM64寄存器介紹
2、STP指令詳解（ARMV8手冊）
我們先看一下指令格式（64bit），以及指令對于寄存機(jī)執(zhí)行結(jié)果的影響
類型1、STP <Xt1>, <Xt2>, [<Xn|SP>],#<imm>
將Xt1和Xt2存入Xn|SP對應(yīng)的地址內(nèi)存中，然后，將Xn|SP的地址變更為Xn|SP + imm偏移量的新地址
類型2、STP <Xt1>, <Xt2>, [<Xn|SP>, #<imm>]!
將Xt1和Xt2存入Xn|SP的地址自加imm對應(yīng)的地址內(nèi)存中，然后，將Xn|SP的地址變更為Xn|SP + imm的offset偏移量后的新地址
類型3、STP <Xt1>, <Xt2>, [<Xn|SP>{, #<imm>}]
將Xt1和Xt2存入Xn|SP的地址自加imm對應(yīng)的地址內(nèi)存中
手冊中有三種操作碼，我們只討論程序中涉及的后兩種
Pseudocode如下：
Shared decode for all encodings
integer n = UInt(Rn);
integer t = UInt(Rt);
integer t2 = UInt(Rt2);
if L:opc<0> == '01' || opc == '11' then UNDEFINED;
integer scale = 2 + UInt(opc<1>);
integer datasize = 8 << scale;
bits(64) offset = LSL(SignExtend(imm7, 64), scale);
boolean tag_checked = wback || n != 31;
Operation for all encodings
bits(64) address;
bits(datasize) data1;
bits(datasize) data2;
constant integer dbytes = datasize DIV 8;
boolean rt_unknown = FALSE;
if HaveMTEExt() then
SetNotTagCheckedInstruction(!tag_checked);
if wback && (t == n || t2 == n) && n != 31 then
Constraint c = ConstrainUnpredictable();
assert c IN {Constraint_NONE, Constraint_UNKNOWN, Constraint_UNDEF, Constraint_NOP};
case c of
when Constraint_NONE rt_unknown = FALSE; // value stored is pre-writeback
when Constraint_UNKNOWN rt_unknown = TRUE; // value stored is UNKNOWN
when Constraint_UNDEF UNDEFINED;
when Constraint_NOP EndOfInstruction();
if n == 31 then
CheckSPAlignment();
address = SP[];
else
address = X[n];
if !postindex then
address = address + offset;
if rt_unknown && t == n then
data1 = bits(datasize) UNKNOWN;
else
data1 = X[t];
if rt_unknown && t2 == n then
data2 = bits(datasize) UNKNOWN;
else
data2 = X[t2];
Mem[address, dbytes, AccType_NORMAL] = data1;
Mem[address+dbytes, dbytes, AccType_NORMAL] = data2;
if wback then
if postindex then
address = address + offset;
if n == 31 then
SP[] = address;
else
X[n] = address;
紅色部分對應(yīng)推棧的關(guān)鍵邏輯，其他匯編指令含義可自行參考armv8手冊或者度娘。
2、一個例子
熟悉了上面的部分，接下來我們看一個實(shí)例：
C代碼如下：
相關(guān)的幾個函數(shù)反匯編如下（和推棧相關(guān)的一般只有入口兩條指令）：
main\f3\f4\strlen
我們通過gdb運(yùn)行后，可以看到strlen地方會觸發(fā)SEGFAULT，引發(fā)進(jìn)程掛掉
上述通過代碼編譯后，沒有strip，因此elf文件是帶著符號的
查看運(yùn)行狀態(tài)（info register）：關(guān)注$29、$30、SP、PC四個寄存器
一個核心的思想：CPU執(zhí)行的是指令而不是C代碼，函數(shù)調(diào)用和返回實(shí)際是在線程棧上面的壓棧和彈棧的過程
接下來我們來看上面的調(diào)用關(guān)系在當(dāng)前這個任務(wù)棧是如何玩的：
函數(shù)調(diào)用在棧中的關(guān)系（call function壓棧，地址遞減；return彈棧，地址遞增）：
以下是推棧的過程（劃重點(diǎn)）
再回頭來看之前的匯編：
main\f3\f4\strlen
從當(dāng)前的sp開始，frame 0是strlen，這塊沒有開棧，因此上一級的調(diào)用函數(shù)仍然是x30，因此推導(dǎo)：frame1調(diào)用為f3
函數(shù)f3的起始入口匯編：
(gdb) x/2i f3 0x400600 <f3>: stp x29, x30, [sp,#-48]! 0x400604 <f3+4>: mov x29, sp
可以看到，f3函數(shù)開辟的?？臻g為48字節(jié)，因此，倒推frame2的棧頂為當(dāng)前的sp + 48字節(jié)：0xfffffffff2c0
(gdb) x/gx 0xfffffffff2c0+8 0xfffffffff2c8: 0x000000000040065c (gdb) x/i 0x000000000040065c 0x40065c <f4+36>: mov w0, #0x0 // #0 frame2的函數(shù)為sp+8：0x000000000040065c -> <f4+36>
繼續(xù)從sp = 0xfffffffff2c0倒推frame1的函數(shù)
函數(shù)f4的起始入口匯編為:
(gdb) x/2i f4 0x400638 <f4>: stp x29, x30, [sp,#-48]! 0x40063c <f4+4>: mov x29, sp
可以看到，f4函數(shù)開辟的?？臻g也是為48字節(jié)，因此，倒推frame3的棧頂為當(dāng)前的0xfffffffff2c0 + 48字節(jié)：0xfffffffff2f0
frame2的函數(shù)為0xfffffffff2c0 + 8：0x000000000040065c -> <f4+36> (gdb) x/gx 0xfffffffff2f0+8 0xfffffffff2f8: 0x0000000000400684 (gdb) x/i 0x0000000000400684 0x400684 <main+28>: mov w0, #0x0 // #0
因此frame3的函數(shù)為main函數(shù)，main函數(shù)對應(yīng)的棧頂為0xfffffffff320
至此推導(dǎo)結(jié)束（有興趣的同學(xué)可以繼續(xù)推導(dǎo)，可以看到libc如何拉起main的過程）
總結(jié)：
推棧的關(guān)鍵：
- 當(dāng)前的現(xiàn)場
- 熟悉cpu體系架構(gòu)的開棧的方式
3、實(shí)戰(zhàn)講解
現(xiàn)場有如下的core：可以看到，所有的符號找不到，加載了符號表依然不好使，解析不出來實(shí)際的調(diào)用棧
(gdb) bt #0 0x0000ffffaeb067bc in ?? () from /lib64/libc.so.6 #1 0x0000aaaad15cf000 in ?? () Backtrace stopped: previous frame inner to this frame (corrupt stack?)
先看info register，關(guān)注x29、x30、sp、pc四個寄存器的值
推導(dǎo)任務(wù)棧：
先將sp內(nèi)容導(dǎo)出：
下圖實(shí)際已先將結(jié)果標(biāo)出，我們下面來詳細(xì)描述如何推導(dǎo)
pc代表當(dāng)前執(zhí)行的函數(shù)指令，如果當(dāng)前指令未開棧，一般情況x30代表上一級的frame調(diào)用當(dāng)前函數(shù)的下一條指令，查看匯編，可以反解為如下函數(shù)
(gdb) x/i 0xaaaacd3de4fc 0xaaaacd3de4fc <PGXCNodeConnStr(char const*, int, char const*, char const*, char const*, char const*, int, char const*)+108>: mov x27, x0
找到棧頂函數(shù)后，查看該函數(shù)的棧操作：
(gdb) x/6i PGXCNodeConnStr 0xaaaacd3de490 <PGXCNodeConnStr(char const*, int, char const*, char const*, char const*, char const*, int, char const*)>: sub sp, sp, #0xd0 0xaaaacd3de494 <PGXCNodeConnStr(char const*, int, char const*, char const*, char const*, char const*, int, char const*)+4>: stp x29, x30, [sp,#80] 0xaaaacd3de498 <PGXCNodeConnStr(char const*, int, char const*, char const*, char const*, char const*, int, char const*)+8>: add x29, sp, #0x50
可以看到，上一級的frame存在了當(dāng)前的sp + 0xd0 - 0x80也就是0xfffec4cebd40 + 0xd0 - 0x80 = 0xfffec4cebd90的地方，而棧底在0xfffec4cebd40+ 0xd0 = 0xfffec4cebe10的地方
因此就找到了下一級的frame對應(yīng)的棧頂和上一級的LR返回指令，反解，可以得到函數(shù)build_node_conn_str
(gdb) x/i 0x0000aaaacd414e08 0xaaaacd414e08 <build_node_conn_str(Oid, DatabasePool*)+224>: mov x21, x0
繼續(xù)重復(fù)上述推導(dǎo)，可以看到這個函數(shù)build_node_conn_str開了176字節(jié)的棧，
(gdb) x/4i build_node_conn_str 0xaaaacd414d28 <build_node_conn_str(Oid, DatabasePool*)>: stp x29, x30, [sp,#-176]! 0xaaaacd414d2c <build_node_conn_str(Oid, DatabasePool*)+4>: mov x29, sp
因此繼續(xù)用0xfffec4cebe10 + 176 = 0xfffec4cebec0
查看調(diào)用者0xfffec4cebe10+8為reload_database_pools
繼續(xù)看reload_database_pools
(gdb) x/8i reload_database_pools 0xaaaacd4225e8 <reload_database_pools(PoolAgent*)>: sub sp, sp, #0x1c0 0xaaaacd4225ec <reload_database_pools(PoolAgent*)+4>: adrp x5, 0xaaaad15cf000 0xaaaacd4225f0 <reload_database_pools(PoolAgent*)+8>: adrp x3, 0xaaaacf0ed000 0xaaaacd4225f4 <reload_database_pools(PoolAgent*)+12>: adrp x4, 0xaaaaceeed000 <_ZN4llvm18ConvertUTF8toUTF16EPPKhS1_PPtS3_NS_15ConversionFlagsE> 0xaaaacd4225f8 <reload_database_pools(PoolAgent*)+16>: add x3, x3, #0x9e0 0xaaaacd4225fc <reload_database_pools(PoolAgent*)+20>: adrp x1, 0xaaaacf0ee000 <_ZZ25PoolManagerGetConnectionsP4ListS0_E8__func__+24> 0xaaaacd422600 <reload_database_pools(PoolAgent*)+24>: stp x29, x30, [sp,#-96]!
實(shí)際開棧0x220字節(jié)，因此這一層frame的棧底為0xfffec4cebec0 + 0x220 = 0xfffec4cec0e0
因此得到基本的調(diào)用關(guān)系的結(jié)構(gòu)如下
以上基本可以夠用來分析問題了，因此不需要再繼續(xù)推導(dǎo)
TIPS：arm架構(gòu)下一般調(diào)用都會使用這種指令，
stp x29, x30, [sp,#immediate]! 有嘆號或者無嘆號
因此在每一層的frame都保存了上一層frame的棧頂?shù)刂泛蚅R指令，通過準(zhǔn)確找到底層的frame 0棧頂后，就可以快速推導(dǎo)出所有的調(diào)用關(guān)系（紅色虛線圈出來的部分），函數(shù)的反解依賴符號表，只要原始的elf文件的symbol段沒有strip掉，是都可以找到對應(yīng)的函數(shù)符號（通過readelf -S查看即可）
找到Frame后，每一層frame里面的內(nèi)容，結(jié)合匯編基本就可以用來推導(dǎo)過程變量了。
以上就是淺析ARM架構(gòu)下的函數(shù)的調(diào)用過程的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于ARM架構(gòu)下的函數(shù)的調(diào)用過程的資料請關(guān)注本站其它相關(guān)文章！
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