二进制基础

1.程序的编译与链接

从C源代码到可执行文件的生成过程为：

  • 编译
    由C语言代码生成汇编代码
  • 汇编
    由汇编代码生成机器码
  • 链接
    将多个机器码的目标文件链接成一个可执行文件

补充：

大端序与小端序区分图解：

fdg7Q0.png

2.Linux下的可执行文件格式ELF

可执行文件的分类：

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Windows：PE（Portable Executable）
可执行程序
.exe
动态链接库
.dll
静态链接库
.lib

Linux：ELF（Executable and Linkable Format）
可执行程序
.out
动态链接库
.so
静态链接库
.a

重点：

Linux下的可执行文件格式ELF结构图：

fdr3TA.png

磁盘中的ELF（可执行文件）与内存中的ELF（进程内存映像）

fdsi1f.png

在ELF由磁盘向内存映射的过程中，rodata、text、init 以及 ELF Header 合并成 Code段，而data、bss、got.plt 合并为Date段。

3.进程虚拟地址空间

基础知识：

地址以字节编码 虚拟内存用户空间每个进程一份

​ 虚拟内存内核空间所有进程共享一份

1Byte = 8bits 虚拟内存 mmap 段中的动态链接库仅在物理内存中装载一份

fd6Ul6.png

物理内存和虚拟内存映射关系：

假如物理有4GB内存，则对于程序执行的每一个进程，操作系统可分配等量物理内存的虚拟内存（即4GB）

原因：物理内存不可能同时使用

优点：既保护了物理内存不受更改，因为虚拟内存仅体现的是地址，同时又方便程序员提高了程序执行效率。

fdgLeU.png

左图为物理内存，右侧为进程执行时分配的虚拟内存

段与节区分：

  • 一个段包含多个 节
  • 段视图用于进程的内存区域的 rwx权限划分
  • 节视图用于ELF文件 编译链接时 与 在磁盘上存储时 的文件结构的组织
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代码段（Text segment）包含了代码与只读数据
text 节
rodata 节 
hash 节 
dynsym 节 
dynstr 节 
plt 节 
rel.got 节 
……
数据段（Data segment）包含了可读可写数据
data 节 
dynamic 节 
got 节 
got.plt 节
bss 节 
……
栈段（Stack segment）

4.程序的装载与进程的执行

寄存器介绍：

amd64寄存器结构：

  • rax： 8Bytes
  • eax：4Bytes
  • ax： 2Bytes
  • ah： 1Bytes
  • al： 1Bytes

部分寄存器功能：

  • RIP
    存放当前执行的指令的地址
  • RSP
    存放当前栈帧的栈顶地址
  • RBP
    存放当前栈帧的栈底地址
  • RAX
    通用寄存器。存放函数返回值

静态链接的程序的执行过程（在执行main函数前系统先进行一些函数调用）

fdgIWn.png

动态链接的程序的执行过程

fdgozq.png

5.x86&amd64汇编简述

常用汇编指令介绍：

MOV：

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MOV a, b                //把b的值赋值为a，即 a = b
MOV EAX,1234H 	        // 执行结果（EAX） = 1234H
MOV EBX, EAX 
MOV EAX, [00404011H]    // [ ] 表示取地址内的值
MOV EAX, [ESI]

LEA:

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LEA a, b                    //把b的有效地址送给指定的寄存器(a)
LEA EBX, ASC                // 取 ASC 的地址存放至 EBX 寄存器中
LEA EAX, 6[ESI]             //把 ESI+6 单元的32位地址送给 EAX

PUSH:

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PUSH value                 //把目标值压栈，同时SP指针-1字长
PUSH 1234H 
PUSH EAX

POP:

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POP DEST                   //将栈顶的值弹出至目的存储位置，同时SP指针+1字长
POP EAX

LEAVE:

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在函数返回时，恢复父函数栈帧的指令
等效于：
MOV ESP, EBP
POP EBP

RET:

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在函数返回时，控制程序执行流返回父函数的指令
等效于：
POP RIP（这条指令实际是不存在的，不能直接向RIP寄存器传送数据)

**两种汇编格式 : **

fdgHyV.png