計算機系統基礎學習筆記(1)-基本GCC，objdump，GDB命令的使用

基本GCC命令的使用

GCC是一套由GNU專案開發的編程語言編譯器，可處理C語言、
C++、Fortran、Pascal、Objective-C、Java等等，GCC通常是 跨平臺軟體的編譯器首選，gcc是GCC套件中的編譯驅動程式名，

若計算機是x86-64位系統，為了編譯成IA-32指令集，
則請先運行下列命令:

sudo apt-get install build-essential module-assistant 
sudo apt-get install gcc-multilib g++-multilib

接下來就以輸出hello world這樣一個簡單的C語言程式hello.c來演示這個程序，

#include <stdio.h>
int main()
{
	printf("Hello,world\n");
	return 0;
}

hello.c這個源檔案要經過預處理，編譯，匯編，鏈接四個程序，最終生成可執行目標檔案，示意圖如下所示：

Linux中的gcc編譯驅動程式可以實作上圖程序的每一步，下面分別對其進行解釋：

gcc –E hello.c –o hello.i 

對hello.c的程式進行預編譯，預編譯是對源程式以字符#開頭的命令進行處理，對于這里來說就是將include后的.h檔案內容嵌入到源程式檔案中，預處理后的檔案還是文本檔案，用.i作擴展名,如下圖所示：

gcc –S hello.i –o hello.s

對hello.i進行編譯，生成一個匯編語言源程式，用.s作為擴展名，編譯后的檔案還是文本檔案，

gcc –c hello.s –o hello.o

對hello.s檔案進行匯編，生成一個可重定位目標檔案，以.o作為擴展名，匯編后的檔案是二進制檔案，內容為0，1表示的機器指令，資料和其他資訊，

gcc hello.o –o hello

此命令將多個可重定位的目標檔案和標準庫函式鏈接合成一個可執行檔案，在這個例子中，鏈接將hello.o檔案和標準庫函式printf所在的可重定位目標模塊printf.o進行鏈接，生成可執行目標檔案hello，

運行可執行檔案hello輸入指令

./hello

上面是分步驟轉換C語言程式到可執行目標檔案，也可以用命令

gcc hello.c –o hello 

將hello.c直接編譯成可執行目標檔案hello，

在用gcc命令編譯c程式時，會加入各種選擇，例如以下命令:

gcc -o0 -m32 -g hello.c -o hello

比如加入-O0,塔表示編譯時采用的優化級別，0表示不用編譯優化，-m32這個選項表示編譯成x86-32位的指令，如果計算機是64位架構的處理器，不加這個選項則會編譯成x86-64位的指令集，-g表示帶除錯資訊(單步除錯必須加入)，

objdump命令的使用

目標檔案都是由01序列的機器指令構成，資料和其他資訊構成，用文本編輯器打不開，怎樣才能看到目標檔案的內容呢？答案是可以利用objdump工具來反匯編二進制的目標檔案，對可重定位目標檔案和可執行的目標檔案都可以反匯編，
我們利用一個c程式來進行舉例，程式名gdbtest.c，

#include "stdio.h"
int main()
{
	int x=3,y=5,z;
	z=x+y;
	printf("z=%d\n",z);
	return 0;
}

利用gcc命令可以分別編譯為gdbtest.o的可重定位目標檔案和gdbtest可執行目標檔案，

gcc -E -g -m32 gdbtest.c -o gdbtest.i
gcc -S -g -m32 gdbtest.i -o gdbtest.s
gcc -c -g -m32 gdbtest.s -o gdbtest.o
gcc -o0 -m32 -g gdbtest.c -o gdbtest

建議在objdump命令中使用-S選項，并與gcc命令中的-g選項一起配合使用，

利用以下命令：

objdump –S gdbtest.o>gdbtesto.txt 
objdump –S gdbtest>gdbtest.txt

對這兩個檔案來進行反匯編，-S表示在反匯編后的內容中添加源代碼，方便理解C語言源程式與IA-32機器級指令之間的對應關系，'>'這個符號表示將反匯編后的內容保存在檔案中，在這里是保存為文本檔案，為了防止內容太多輸出到螢屏上不方便閱讀，

gdbtest.o的可重定位目標檔案的反匯編檔案內容如下：

可執行目標檔案的反匯編內容：

可重定位目標檔案和可執行目標檔案的一個很重要的區別就是指令的地址是不是從0地址開始，可重定位目標檔案是完成一個子任務的獨立模塊，所以每個模塊的地址都是從0地址開始，然而可執行目標檔案中的的指令和資料都有一個確定的地址，是安裝作業系統給定的儲存器地址映射分配，也是在除錯步驟中可以看到的地址，不是記憶體的物理地址，是虛擬地址，

GDB除錯工具的使用

啟動GDB除錯工具

啟動GDB除錯工具，加載被除錯的可執行檔案，

設定斷點

設定斷點，使程式運行到斷點處停下來，方便查看程式運行的狀態，

啟動程式運行

啟動并運行已經加載的程式，程式在執行的設定的第一個斷點會停下來，

查看程式運行時的當前狀態

1. 程式的當前斷點位置
   含義：反映程式已經執行了哪些指令，下一步要執行哪一條指令，
   eip暫存器：保存了下一條將要執行的指令的地址，

   ir	顯示所有暫存器的內容
   ir eip	只顯示暫存器eip的內容

2. 通用暫存器的內容：ir eax ebx ecx edx(或者ir)

3. 存盤器的單元內容：x/8xb Oxffd2bc

   x命令用于查看儲存單元的內容，后跟一些引數選項，
   資料表示要顯示的資料單元的個數，
   x表示存盤單元的內容，十六進制形式，
   b表示要顯示的儲存單元的寬度，按位元組顯示（w:按4位元組顯示）
   后面的資料表示要顯示的存盤單元的起始地址，

   x/8xb Oxffd2bc這條內容就是表示從Oxffd2bc地址單元開始，顯示8個位元組的存盤單元內容，并用十六進制表示，

4. 查看運行時的當前狀態

   說明： IA-32用堆疊來支持程序的嵌套呼叫，程序的入口引數，回傳地址，被保存暫存器的值，被呼叫程序中的非靜態區域變數等都會被保存在堆疊中，

   堆疊幀資訊：
   當前堆疊幀范圍: i r esp ebp （esp堆疊頂指標和ebp堆疊底指標 ）

   當前堆疊幀位元組數:y=R[ebp]-R[esp]+4 （不是命令，是計算方法）

   顯示當前堆疊幀內容:

   x/yxb $esp
   x/zxw $esp //z=y/4
   

繼續執行下一條指令或陳述句

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標籤：Linux

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