在汇编代码中，.cfi指令如何工作？

时间：2015-04-09 00:24:26

标签： assembly stack dwarf

[汇编代码] 

main:
.LFB0:
    .cfi_startproc
    pushl   %ebp
    .cfi_def_cfa_offset 8
    .cfi_offset 5, -8
    movl    %esp, %ebp
    .cfi_def_cfa_register 5
    andl    $-16, %esp
    subl    $32, %esp
    movl    $5, 20(%esp)
    movl    $3, 24(%esp)
    movl    24(%esp), %eax
    movl    %eax, 4(%esp)
    movl    20(%esp), %eax
    movl    %eax, (%esp)
    call    add
    movl    %eax, 28(%esp)
    movl    $0, %eax
    leave
    .cfi_restore 5
    .cfi_def_cfa 4, 4
    ret
    .cfi_endproc
.LFE0:
    .size   main, .-main
    .globl  add
    .type   add, @function
add:
.LFB1:
    .cfi_startproc
    pushl   %ebp
    .cfi_def_cfa_offset 8
    .cfi_offset 5, -8
    movl    %esp, %ebp
    .cfi_def_cfa_register 5
    subl    $16, %esp
    movl    12(%ebp), %eax
    movl    8(%ebp), %edx
    addl    %edx, %eax
    movl    %eax, -4(%ebp)
    movl    -4(%ebp), %eax
    leave
    .cfi_restore 5
    .cfi_def_cfa 4, 4
    ret
    .cfi_endproc

[源代码] 

int add(int k, int l);

int main(int argc, char **argv) { 
        int a, b, ret;
        a = 5;
        b = 3;
        ret = add(a, b); 
        return 0;
}

int add(int k, int l) { 
        int x;
        x = k + l;
        return x;
}

我正在研究汇编语言级别的c函数调用约定。

如您所知，.cfi用于添加调试信息。我已经阅读了一些cfi文章并了解了每个指令的含义。

在上面的汇编代码中，.cfi_def_cfa_offset 8和.cfi_offset 5 -8指令连续出现。这种情况发生在'main'函数和'add'函数中。

但是，我不知道为什么会这样。我所知道的是.cfi_def_cfa_offset和.cfi_offset用于制作保留内存来存储调试信息。在此代码中，该偏移量首先设置为+8，第二个设置为-8。结果是......没有剩余的存储空间来存储cfi。我是对的吗？

我认为堆栈段的工作方式是这样的。

.cfi_startproc
|-------------|
|  whatever   | <- %esp = CFA      ↑ increase address
|-------------|
|             |                    ↓ stack grow
|_____________|



.pushl  %ebp
|-------------|
|  whatever   | 
|-------------|
|   %ebp      | <- %esp
|_____________|


.cfi_def_cfa_offset 8
|-------------|
|  whatever   |  <- %esp
|-------------|
|   whatever  |
|-------------|
|   %ebp      |
|-------------|



.cfi_offset 5 -8 
|-------------|
|  whatever   |  
|-------------|
|   whatever  |
|-------------|
|   %ebp      | <- %esp
|-------------|



 subl $32, %esp
|-------------|
|   whatever  |
|-------------|
|    %ebp     |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             | <- %esp
|-------------|



 movl $5, 20(%esp)
|-------------|
|   whatever  |
|-------------|
|    %ebp     |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             |
|-------------|
|      5      |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             |
|-------------|
|             | <- %esp
|-------------|

依旧......

问题2。

在过程add，来自调用者函数的参数被移动到被调用函数寄存器。 

    movl    12(%ebp), %eax
    movl    8(%ebp), %edx

但是，在我的计算中，8（％ebp）并未指向调用者堆栈的顶部。因为，

1）在pushl %ebp，％esp减去4

2）在cfi_offset 5, -8，％esp被删除8（这样，我忽略了.cfi_def_cfa_offset 8。我不确定）

因此，调用函数堆栈的顶部应该是12（％ebp），而8（％ebp）指向调用函数的存储基指针。

我不知道我不知道的地方......我需要你的帮助。

- 增加

What do the CFI directives mean? (and some more questions)

这个问题与我几乎相似。但没有人能清楚地回答这个问题。

1 个答案:

答案 0 :(得分：6)

.cfi directives 不生成任何汇编代码。它们不执行，并且不根本不会更改调用框架的布局。

相反，他们告诉需要展开堆栈（调试器，异常退绕）的工具有关框架的结构（以及如何展开它）。这些信息不会与说明书一起存储，而是存储在程序的另一部分中（参见注释1）。

让我们看一下这个片段：

main:
.LFB0:
    .cfi_startproc
    pushl   %ebp
    .cfi_def_cfa_offset 8
    .cfi_offset 5, -8
    movl    %esp, %ebp
    .cfi_def_cfa_register 5
    andl    $-16, %esp
    subl    $32, %esp
    movl    $5, 20(%esp)
    movl    $3, 24(%esp)
    movl    24(%esp), %eax
    movl    %eax, 4(%esp)
    movl    20(%esp), %eax
    movl    %eax, (%esp)
    call    add
    movl    %eax, 28(%esp)
    movl    $0, %eax
    leave
    .cfi_restore 5
    .cfi_def_cfa 4, 4
    ret
    .cfi_endproc

汇编程序将汇总.text段中的指令并编译另一部分.cfi或.eh_frame中的.debug_frame指令：

$ gcc -m32 -g test.s -c -o a.out
$ objdump -d a.out
[...]
00000000 <main>:
   0:   55                      push   %ebp
   1:   89 e5                   mov    %esp,%ebp
   3:   83 e4 f0                and    $0xfffffff0,%esp
   6:   83 ec 20                sub    $0x20,%esp
   9:   c7 44 24 14 05 00 00    movl   $0x5,0x14(%esp)
  10:   00 
  11:   c7 44 24 18 03 00 00    movl   $0x3,0x18(%esp)
  18:   00 
  19:   8b 44 24 18             mov    0x18(%esp),%eax
  1d:   89 44 24 04             mov    %eax,0x4(%esp)
  21:   8b 44 24 14             mov    0x14(%esp),%eax
  25:   89 04 24                mov    %eax,(%esp)
  28:   e8 fc ff ff ff          call   29 <main+0x29>
  2d:   89 44 24 1c             mov    %eax,0x1c(%esp)
  31:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
  36:   c9                      leave  
  37:   c3                      ret

注意main函数的代码中只有指令的存在。 CFI在其他地方：

$ readelf -wF a.out 
Contents of the .eh_frame section:

00000000 00000014 00000000 CIE "zR" cf=1 df=-4 ra=8
   LOC   CFA      ra      
00000000 esp+4    c-4   

00000018 0000001c 0000001c FDE cie=00000000 pc=00000000..00000038
   LOC   CFA      ebp   ra      
00000000 esp+4    u     c-4   
00000001 esp+8    c-8   c-4   
00000003 ebp+8    c-8   c-4   
00000037 esp+4    u     c-4

CFI是描述帧布局的信息（不是本机CPU指令）。

实施例

例如，让我们看一下这个片段：

.cfi_startproc
pushl   %ebp
.cfi_def_cfa_offset 8
.cfi_offset 5, -8

.cfi_startproc

cfi_startproc初始化函数的CFI。此时，CFA（Canonical Frame Address，它是调用者帧中％rsp的地址）由%esp + 4给出（因为调用者在call指令中按下了返回地址）：< / p> 

whatever              <- CFA
return address  (ra)  <- %esp

CFI指令在.eh_frame：

中“编译” 
   LOC   CFA      ebp   ra      
00000000 esp+4    u     c-4

.cfi_def_cfa_offset和.cfi_offset

在pushl %ebp指令处，此问题不再适用：cfa ≠ %esp + 4，因为%esp已更改。在这条指令之后，我们有cfa = %esp + 8。调试器需要知道这一点，并且.cfi_def_cfa_offset 8指令正在.eh_frame部分为调试器生成合适的信息：.cfi_def_cfa_offset 8将偏移量设置为cfa = %esp + 8中的8。

whatever             <- CFA  = %esp + 8
return address (ra)
caller %ebp          <- %esp (= CFA - 8)

pushl %ebp的目的是将%ebp的值保存在堆栈上的调用者中。调试器需要知道该值的保存位置，以便展开堆栈并恢复调用者帧。 .cfi_offset 5, -8指令指示调试器注册5（%ebp）由cfa - 8中的上一条指令保存。

此信息可在.eh_frame表的下一个条目中找到：

   LOC   CFA      ebp   ra
[...]      
00000001 esp+8    c-8   c-4

备注

注1：在某些情况下，这些信息是调试信息的一部分，这意味着它可能在运行时不存在，如果文件未使用调试信息编译，则可能根本不存在于文件中。

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