atualização das partes 1 2 e 3
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325a77ae6c
3 changed files with 378 additions and 35 deletions
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@ -8,7 +8,8 @@
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- Entender o que é o GDB;
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- Conhecer o conceito de /depuração/;
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- Demonstrar o GDB em ação.
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- Demonstrar o GDB em ação;
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- Apresentar uma lista de comandos essenciais.
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** O que é o GDB
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@ -4,6 +4,11 @@
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* 2. Instalação e configurações de início
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** Objetivos
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- Como instalar o GDB nas principais distribuições GNU/Linux;
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- Conhecer algumas possibilidades de customização.
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** Instalação
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*** Debian e derivados
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@ -2,47 +2,174 @@
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#+author: Blau Araujo
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#+email: blau@debxp.org
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* 3. Formato ELF
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* 3. Binários executáveis
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Todo arquivo executável pelo sistema é construído em um binário segundo um
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formato padrão. No GNU/Linux, esse formato é o *ELF* (/Executable and Linkable Format/),
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que inclui no binário:
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** Objetivos
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- O código de máquina do programa;
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- Dados de variáveis globais e estáticas;
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- Dados constantes;
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- Tabelas de símbolos;
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- Informações de depuração (se incluídas).
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- Entender o que é um programa para o sistema operacional;
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- Conhecer os elementos do formato de binários executáveis ELF;
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- Investigar os símbolos de depuração;
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- Descobrir como programas são executados.
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Os primeiros bytes de um arquivo ELF contém um cabeçalho com diversas
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informações sobre o binário, o que nós podemos listar com o utilitário
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=readelf=:
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** O que são programas
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Do ponto de vista do sistema operacional GNU/Linux (e de sistemas UNIX-like em
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geral), um programa é sempre um arquivo binário contendo um conjunto de instruções
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que a CPU do computador é capaz de executar. Isso não significa que todo programa
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é escrito para ser transformado em um arquivo binário e, só então, ser executado!
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É preciso entender que, o que nós escrevemos e chamamos de "programa", pode
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não ser exatamente o que o sistema operacional vai executar.
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Para nós, programas podem ser...
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- Escritos diretamente na linguagem que a CPU é capaz de interpretar e executar
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(código de máquina, com baixo nível de abstração), e apenas armazenados como
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arquivos binários;
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- Escritos usando mnemônicos e pseudoinstruções relativamente simples (linguagem
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de montagem, ou assembly), e então montados em código de máquina para gerar
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arquivos binários executáveis;
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- Escritos em linguagens com expressões e regras de sintaxe mais próximas da
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escrita humana (alto nível de abstração), e depois traduzidos para código de
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máquina por meio de um processo de compilação;
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- Escritos em linguagens de alto nível, projetadas para serem lidas e
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interpretadas em tempo de execução por outro programa (o interpretador), que é
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um binário executável.
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Mas o sistema operacional só executa arquivos binários que seguem uma convenção
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específica de formato.
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*** O que significa executar
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Em sistemas GNU/Linux e UNIX-like, executar um programa significa:
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- Criar uma estrutura de dados para gerenciar a execução do programa (processo);
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- Carregar o conteúdo do binário executável na memória;
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- Carregar na memória o conteúdo de outros arquivos necessários para o
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funcionamento do programa, como bibliotecas compartilhadas;
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- Disponibilizar um espaço de endereços de memória para uso exclusivo do
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programa;
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- Dar acesso a dados do ambiente de execução, como variáveis exportadas e
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argumentos passados na invocação do programa;
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- Conceder acesso a recursos diversos do sistema, como dispositivos de terminal
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e descritores de arquivos;
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- Administrar a passagem do controle da CPU para o programa;
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- Monitorar o término do programa, mantendo sua estrutura de processo até que o
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término seja completamente tratado.
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Para que o sistema possa realizar todas essas etapas corretamente, é necessário
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que o conteúdo do binário executável siga uma convenção específica de organização
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de dados. Essa convenção define, por exemplo, onde se encontram as instruções do
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programa, os dados que ele utiliza e as informações sobre bibliotecas externas.
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No sistema GNU/Linux, o formato padrão utilizado para isso é o ELF (/Executable
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and Linkable Format/).
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** O formato ELF
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Um arquivo no formato ELF possui uma estrutura interna bem definida que informa
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ao sistema onde estão -- e onde devem ser carregados na memória -- os dados e os
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elementos essenciais para a execução do programa, entre eles:
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- As instruções do programa em código de máquina (seção =.text=);
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- Dados constantes (=.rodata=);
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- Dados de variáveis globais e estáticas (seções =.data= e =.bss=);
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||||
- Tabelas de símbolos do programa e de seções;
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- Tabelas de símbolos de depuração (se incluídas).
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*** Passagem do arquivo para a memória
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O conteúdo do binário no formato ELF é organizado em seções descritas em várias
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tabelas. Quando um processo é iniciado para executar o programa, essas seções são
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mapeadas para segmentos de memória correspondentes em seu espaço de endereços.
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||||
Isso é feito por uma biblioteca do sistema chamada de /loader/ (carregador).
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No GNU/Linux, o /loader/ é a biblioteca compartilhada =ld-linux= e, entre suas várias
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atribuições, nós podemos destacar:
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- Carregar o programa na memória, mapeando as seções do arquivo ELF para os
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segmentos apropriados no espaço de endereços do processo.
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- Configurar o ambiente de execução, incluindo a configuração de uma estrutura
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de pilha (/stack/) no espaço de endereços do processo.
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||||
- Resolver dependências de bibliotecas compartilhadas, carregando-as no espaço
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de endereços do processo, se for necessário.
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*** Layout de memória
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||||
Após o carregamento do binário e a configuração do ambiente de execução, o espaço
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de endereços do processo estará organizado desta forma:
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#+begin_example
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:~$ readelf -h demo
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Cabeçalho ELF:
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Magia: 7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00
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Classe: ELF64
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Dados: complemento 2, little endian
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Versão: 1 (actual)
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OS/ABI: UNIX - System V
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Versão ABI: 0
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Tipo: DYN (Position-Independent Executable file)
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||||
Máquina: Advanced Micro Devices X86-64
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Versão: 0x1
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Endereço do ponto de entrada: 0x1050
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||||
Início dos cabeçalhos do programa: 64 (bytes no ficheiro)
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||||
Start of section headers: 14944 (bytes no ficheiro)
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||||
Bandeiras: 0x0
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||||
Tamanho deste cabeçalho: 64 (bytes)
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Tamanho dos cabeçalhos do programa:56 (bytes)
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||||
Nº de cabeçalhos do programa: 14
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||||
Tamanho dos cabeçalhos de secção: 64 (bytes)
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||||
Nº dos cabeçalhos de secção: 37
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||||
Índice de tabela de cadeias da secção: 36
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||||
ENDEREÇO MAIS ALTO +-----------------------+ - Dados de ambiente
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| | - Argumentos de linha de comando
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| PILHA | - Endereços de retorno
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| | - Dados locais de chamadas de funções
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+-----------------------+
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||||
| ↓ |
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||||
| |
|
||||
| |
|
||||
+-----------------------+
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||||
| MMAP | - Mapeamento de bibliotecas compartilhadas
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||||
+-----------------------+
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||||
| |
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||||
| HEAP | - Dados dinâmicos do programa
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||||
| |
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||||
+-----------------------+
|
||||
| SEGMENTO .BSS | - Dados globais e estáticos não inicializados
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||||
+-----------------------+
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||||
| SEGMENTO .DATA | - Dados globais e estáticos inicializados
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||||
+-----------------------+
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||||
| SEGMENTO .RODATA | - Dados constantes
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||||
+-----------------------+
|
||||
| SEGMENTO .TEXT | - Instruções e funções do programa
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||||
ENDEREÇO MAIS BAIXO +-----------------------+
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||||
#+end_example
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** Símbolos no binário
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*** Utilitários para examinar binários ELF
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**** Utilitário =readelf=
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Imprime cabeçalhos e seções de binários ELF.
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Exemplos de uso:
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#+begin_example
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readelf -h PROGRAMA Informações do cabeçalho ELF
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readelf -l PROGRAMA Lista de cabeçalhos do programa
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||||
readelf -S PROGRAMA Lista dos cabeçalhos de seções do arquivo
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||||
readelf -x SEÇÂO PROGRAMA Exibe o conteúdo de uma seção em hexadecimal
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#+end_example
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**** Utilitário =ldd=
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Lista dependências de bibliotecas compartilhadas.
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Exemplo de uso:
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#+begin_example
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ldd PROGRAMA Lista as dependências dinâmicas do programa
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#+end_example
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**** Utilitário =nm=
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Lista símbolos declarados no binário, como funções e variáveis globais.
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Exemplo de uso:
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#+begin_example
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||||
nm PROGRAMA Lista todos os símbolos no programa.
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#+end_example
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**** Utilitário =objdump=
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Analisa, desmonta e imprime informações detalhadas sobre as seções de um
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programa.
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Exemplo de uso:
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#+begin_example
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objdump -d PROGRAMA Desmonta e exibe o conteúdo das seções executáveis do programa.
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#+end_example
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** Símbolos de depuração
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||||
Símbolos são nomes associados a elementos do programa, como funções e
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||||
variáveis. Quando os símbolos de depuração são incluídos no binário
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@ -107,3 +234,213 @@ Com a opção =-g=:
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:~$ gdb demo
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||||
Reading symbols from demo...
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#+end_example
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** Inspecionando a execução de programas
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Com o GDB, nós podemos obter várias informações relacionadas à execução de
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programas.
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Utilizando o programa =demo.c= como exemplo:
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#+begin_example
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:~$ gcc -g -o demo demo.c
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||||
:~$ gdb ./demo
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||||
Reading symbols from ./demo...
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(gdb)
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#+end_example
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||||
*** Listagem de símbolos
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#+begin_example
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(gdb) info files
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Symbols from "/home/blau/git/gdb-pratico/mods/01/demo".
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Local exec file:
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`/home/blau/git/gdb-pratico/mods/01/demo', file type elf64-x86-64.
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||||
Entry point: 0x1050
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||||
0x0000000000000350 - 0x0000000000000370 is .note.gnu.property
|
||||
0x0000000000000370 - 0x0000000000000394 is .note.gnu.build-id
|
||||
0x0000000000000394 - 0x00000000000003b0 is .interp
|
||||
0x00000000000003b0 - 0x00000000000003d4 is .gnu.hash
|
||||
0x00000000000003d8 - 0x0000000000000480 is .dynsym
|
||||
0x0000000000000480 - 0x000000000000050f is .dynstr
|
||||
0x0000000000000510 - 0x000000000000051e is .gnu.version
|
||||
0x0000000000000520 - 0x0000000000000550 is .gnu.version_r
|
||||
0x0000000000000550 - 0x0000000000000610 is .rela.dyn
|
||||
0x0000000000000610 - 0x0000000000000628 is .rela.plt
|
||||
0x0000000000001000 - 0x0000000000001017 is .init
|
||||
0x0000000000001020 - 0x0000000000001040 is .plt
|
||||
0x0000000000001040 - 0x0000000000001048 is .plt.got
|
||||
0x0000000000001050 - 0x000000000000119b is .text
|
||||
0x000000000000119c - 0x00000000000011a5 is .fini
|
||||
0x0000000000002000 - 0x0000000000002013 is .rodata
|
||||
0x0000000000002014 - 0x0000000000002048 is .eh_frame_hdr
|
||||
0x0000000000002048 - 0x0000000000002114 is .eh_frame
|
||||
0x0000000000002114 - 0x0000000000002134 is .note.ABI-tag
|
||||
0x0000000000003dd0 - 0x0000000000003dd8 is .init_array
|
||||
0x0000000000003dd8 - 0x0000000000003de0 is .fini_array
|
||||
0x0000000000003de0 - 0x0000000000003fc0 is .dynamic
|
||||
0x0000000000003fc0 - 0x0000000000003fe8 is .got
|
||||
0x0000000000003fe8 - 0x0000000000004008 is .got.plt
|
||||
0x0000000000004008 - 0x0000000000004018 is .data
|
||||
0x0000000000004018 - 0x0000000000004020 is .bss
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||||
#+end_example
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||||
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||||
*** Listagem de símbolos conhecidos
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||||
Funções:
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||||
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||||
#+begin_example
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||||
(gdb) info functions
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||||
All defined functions:
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||||
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||||
File demo.c:
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||||
8: int main();
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||||
3: int soma(int, int);
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||||
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||||
Non-debugging symbols:
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||||
0x0000000000001000 _init
|
||||
0x0000000000001030 printf@plt
|
||||
0x0000000000001040 __cxa_finalize@plt
|
||||
0x0000000000001050 _start
|
||||
0x0000000000001080 deregister_tm_clones
|
||||
0x00000000000010b0 register_tm_clones
|
||||
0x00000000000010f0 __do_global_dtors_aux
|
||||
0x0000000000001130 frame_dummy
|
||||
0x000000000000119c _fini
|
||||
#+end_example
|
||||
|
||||
Variáveis:
|
||||
|
||||
#+begin_example
|
||||
(gdb) info variables
|
||||
All defined variables:
|
||||
|
||||
Non-debugging symbols:
|
||||
0x0000000000002000 _IO_stdin_used
|
||||
0x0000000000002014 __GNU_EH_FRAME_HDR
|
||||
0x0000000000002110 __FRAME_END__
|
||||
0x0000000000002114 __abi_tag
|
||||
0x0000000000003dd0 __frame_dummy_init_array_entry
|
||||
0x0000000000003dd8 __do_global_dtors_aux_fini_array_entry
|
||||
0x0000000000003de0 _DYNAMIC
|
||||
0x0000000000003fe8 _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
|
||||
0x0000000000004008 __data_start
|
||||
0x0000000000004008 data_start
|
||||
0x0000000000004010 __dso_handle
|
||||
0x0000000000004018 __TMC_END__
|
||||
0x0000000000004018 __bss_start
|
||||
0x0000000000004018 _edata
|
||||
0x0000000000004018 completed
|
||||
0x0000000000004020 _end
|
||||
#+end_example
|
||||
|
||||
*** Examinando o estado da memória
|
||||
|
||||
A inspeção da memória só pode ser feita com o início de um processo associado
|
||||
à execução do programa, portanto...
|
||||
|
||||
#+begin_example
|
||||
(gdb) b main
|
||||
Breakpoint 1 at 0x115b: file demo.c, line 9.
|
||||
(gdb) r
|
||||
Starting program: /home/blau/git/gdb-pratico/mods/01/demo
|
||||
[Thread debugging using libthread_db enabled]
|
||||
Using host libthread_db library "/lib/x86_64-linux-gnu/libthread_db.so.1".
|
||||
|
||||
Breakpoint 1, main () at demo.c:9
|
||||
9 int x = 10;
|
||||
#+end_example
|
||||
|
||||
Para exibir o layout do mapeamento de memória do processo:
|
||||
|
||||
#+begin_example
|
||||
(gdb) info proc mappings
|
||||
process 1029871
|
||||
Mapped address spaces:
|
||||
|
||||
Start Addr End Addr Size Offset Perms File
|
||||
0x0000555555554000 0x0000555555555000 0x1000 0x0 r--p /home/blau/git/gdb-pratico/mods/01/demo
|
||||
0x0000555555555000 0x0000555555556000 0x1000 0x1000 r-xp /home/blau/git/gdb-pratico/mods/01/demo
|
||||
0x0000555555556000 0x0000555555557000 0x1000 0x2000 r--p /home/blau/git/gdb-pratico/mods/01/demo
|
||||
0x0000555555557000 0x0000555555558000 0x1000 0x2000 r--p /home/blau/git/gdb-pratico/mods/01/demo
|
||||
0x0000555555558000 0x0000555555559000 0x1000 0x3000 rw-p /home/blau/git/gdb-pratico/mods/01/demo
|
||||
0x00007ffff7da3000 0x00007ffff7da6000 0x3000 0x0 rw-p
|
||||
0x00007ffff7da6000 0x00007ffff7dce000 0x28000 0x0 r--p /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
|
||||
0x00007ffff7dce000 0x00007ffff7f33000 0x165000 0x28000 r-xp /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
|
||||
0x00007ffff7f33000 0x00007ffff7f89000 0x56000 0x18d000 r--p /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
|
||||
0x00007ffff7f89000 0x00007ffff7f8d000 0x4000 0x1e2000 r--p /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
|
||||
0x00007ffff7f8d000 0x00007ffff7f8f000 0x2000 0x1e6000 rw-p /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
|
||||
0x00007ffff7f8f000 0x00007ffff7f9c000 0xd000 0x0 rw-p
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||||
0x00007ffff7fbf000 0x00007ffff7fc1000 0x2000 0x0 rw-p
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||||
0x00007ffff7fc1000 0x00007ffff7fc5000 0x4000 0x0 r--p [vvar]
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||||
0x00007ffff7fc5000 0x00007ffff7fc7000 0x2000 0x0 r-xp [vdso]
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||||
0x00007ffff7fc7000 0x00007ffff7fc8000 0x1000 0x0 r--p /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-linux-x86-64.so.2
|
||||
0x00007ffff7fc8000 0x00007ffff7ff0000 0x28000 0x1000 r-xp /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-linux-x86-64.so.2
|
||||
0x00007ffff7ff0000 0x00007ffff7ffb000 0xb000 0x29000 r--p /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-linux-x86-64.so.2
|
||||
0x00007ffff7ffb000 0x00007ffff7ffd000 0x2000 0x34000 r--p /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-linux-x86-64.so.2
|
||||
0x00007ffff7ffd000 0x00007ffff7ffe000 0x1000 0x36000 rw-p /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-linux-x86-64.so.2
|
||||
0x00007ffff7ffe000 0x00007ffff7fff000 0x1000 0x0 rw-p
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||||
0x00007ffffffde000 0x00007ffffffff000 0x21000 0x0 rw-p [stack]
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||||
#+end_example
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||||
*** Observando o conteúdo da pilha
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Terminando a execução anterior (=kill=):
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#+begin_example
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(gdb) k
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[Inferior 1 (process 1030168) killed]
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#+end_example
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||||
Executando novamente:
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#+begin_example
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(gdb) r
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Starting program: /home/blau/git/gdb-pratico/mods/01/demo a b c
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[Thread debugging using libthread_db enabled]
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Using host libthread_db library "/lib/x86_64-linux-gnu/libthread_db.so.1".
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Breakpoint 1, main () at demo.c:9
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9 int x = 10;
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#+end_example
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Avançar a execução até a chamada da função =soma=:
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#+begin_example
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(gdb) n
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10 int y = 20;
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(gdb) n
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11 int z = soma(x, y);
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#+end_example
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Inspecionar o conteúdo da pilha neste momento:
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#+begin_example
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(gdb) bt
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#0 main () at demo.c:11
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#+end_example
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Avançar a execução entrando na função =soma=:
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#+begin_example
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(gdb) s
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soma (a=10, b=20) at demo.c:4
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4 int resultado = a + b;
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#+end_example
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||||
Inspecionar o conteúdo da pilha:
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#+begin_example
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(gdb) bt
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#0 soma (a=10, b=20) at demo.c:4
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#1 0x0000555555555178 in main () at demo.c:11
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#+end_example
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*** Listagem de bibliotecas compartilhadas carregadas
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#+begin_example
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||||
(gdb) info sharedlibrary
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||||
From To Syms Read Shared Object Library
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0x00007ffff7fc8000 0x00007ffff7fef2d1 Yes /lib64/ld-linux-x86-64.so.2
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||||
0x00007ffff7dce400 0x00007ffff7f3217d Yes /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
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||||
#+end_example
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||||
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