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Xingyu Wang 2019-10-10 11:54:35 +08:00
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78
translated/tech/20191004 9 essential GNU binutils tools.md
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@ -1,6 +1,6 @@
[#]: collector: (lujun9972)
[#]: translator: (wxy)
[#]: reviewer: ( )
[#]: reviewer: (wxy)
[#]: publisher: ( )
[#]: url: ( )
[#]: subject: (9 essential GNU binutils tools)
@ -12,7 +12,7 @@ GNU binutils 里的九种武器
> 二进制分析是计算机行业中最被低估的技能。
![Tools for the sysadmin][1]
![](https://img.linux.net.cn/data/attachment/album/201910/10/115409g9nkdm2omutduw7u.jpg)
想象一下，在无法访问软件的源代码时，但仍然能够理解软件的实现方式，在其中找到漏洞，并且更厉害的是还能修复错误。所有这些都是在只有二进制文件时做到的。这听起来就像是超能力，对吧？
@ -20,7 +20,7 @@ GNU binutils 里的九种武器
二进制分析是计算机行业中最被低估的技能。它主要由恶意软件分析师、反向工程师和使用底层软件的人使用。
本文探讨了 binutils 可用的一些工具。我使用的是 RHEL，但是这些示例应在任何 Linux 发行版上运行。
本文探讨了 binutils 可用的一些工具。我使用的是 RHEL，但是这些示例应该在任何 Linux 发行版上可以运行。
```
[~]# cat /etc/redhat-release
@ -31,23 +31,23 @@ Red Hat Enterprise Linux Server release 7.6 (Maipo)
[~]#
```
请注意，某些打包命令（例如 `rpm`）在基于 Debian 的发行版中可能不可用，因此请在适用时使用等效的 `dpkg` 命令。
请注意，某些打包命令（例如 `rpm`）在基于 Debian 的发行版中可能不可用，因此请使用等效的 `dpkg` 命令替代。
### 软件开发的基础知识
在开源世界中，我们很多人都专注于源代码形式的软件。当软件的源代码随时可用时，很容易获得源代码的副本，打开喜欢的编辑器，喝杯咖啡，然后开始探索。
在开源世界中，我们很多人都专注于源代码形式的软件。当软件的源代码随时可用时，很容易获得源代码的副本，打开喜欢的编辑器，喝杯咖啡，然后就可以开始探索了。
但是源代码不是在 CPU 上执行的代码，在 CPU 上执行的是二进制或机器语言指令。二进制或可执行文件是编译源代码时获得的。熟练的调试人员通常会通过了解这种差异来获得优势。
但是源代码不是在 CPU 上执行的代码，在 CPU 上执行的是二进制或者说是机器语言指令。二进制或可执行文件是编译源代码时获得的。熟练的调试人员深谙通常这种差异。
### 编译的基础知识
在深入研究 binutils 软件包本身之前，最好先了解编译的基础知识。
编译是将程序从某种编程语言（C/C++）的源代码或文本形式转换为机器代码的过程。
编译是将程序从某种编程语言（如 C/C++）的源代码（文本形式）转换为机器代码的过程。
机器代码是 CPU（或一般而言，硬件）可以理解的 1 和 0 的序列，因此可以由 CPU 执行或运行。该机器码以特定格式保存到文件，通常称为可执行文件或二进制文件。在 Linux（和使用 [Linux 兼容二进制][3]的 BSD）上，这称为 [ELF][4]（<ruby>可执行和可链接格式<rt>Executable and Linkable Format</rt></ruby>）。
在呈现给定源文件的可执行文件或二进制文件之前，编译过程将经历一系列复杂的步骤。以这个源程序（C 代码）为例。打开你喜欢的编辑器，然后键入以下程序：
在生成给定的源文件的可执行文件或二进制文件之前，编译过程将经历一系列复杂的步骤。以这个源程序（C 代码）为例。打开你喜欢的编辑器，然后键入以下程序：
```
#include <stdio.h>
@ -61,7 +61,7 @@ int main(void)
#### 步骤 1：用 cpp 预处理
[C 预处理程序（cpp）][5]用于扩展所有宏并包括头文件。在此示例中，头文件 `stdio.h` 将被包含在源代码中。`stdio.h` 是一个头文件，其中包含有关程序内使用的 `printf` 函数的信息。对源代码运行 `cpp`，其结果指令保存在名为 `hello.i` 的文件中。可以使用文本编辑器打开该文件以查看其内容。打印 “hello world” 的源代码在该文件的底部。
[C 预处理程序（cpp）][5]用于扩展所有宏并将头文件包含进来。在此示例中，头文件 `stdio.h` 将被包含在源代码中。`stdio.h` 是一个头文件，其中包含有关程序内使用的 `printf` 函数的信息。对源代码运行 `cpp`，其结果指令保存在名为 `hello.i` 的文件中。可以使用文本编辑器打开该文件以查看其内容。打印 “hello world” 的源代码在该文件的底部。
```
[testdir]# cat hello.c
@ -84,7 +84,7 @@ total 24
#### 步骤 2：用 gcc 编译
在此阶段，无需创建目标文件就将步骤 1 中的预处理源代码转换为汇编语言指令。这个阶段使用 [GNU 编译器集合（gcc）][6]。对 `hello.i` 文件运行带有 `-S` 选项的 `gcc` 命令后，它将创建一个名为 `hello.s` 的新文件。该文件包含 C 程序的汇编语言指令。
在此阶段，无需创建目标文件就将步骤 1 中生成的预处理源代码转换为汇编语言指令。这个阶段使用 [GNU 编译器集合（gcc）][6]。对 `hello.i` 文件运行带有 `-S` 选项的 `gcc` 命令后，它将创建一个名为 `hello.s` 的新文件。该文件包含该 C 程序的汇编语言指令。
你可以使用任何编辑器或 `cat` 命令查看其内容。
@ -130,7 +130,7 @@ ret
#### 步骤 3：用 as 汇编
汇编程序的目的是将汇编语言指令转换为机器语言代码，并生成扩展名为 `.o` 的目标文件。此阶段使用默认情况下在所有 Linux 平台上都可用的 GNU 汇编器。
汇编器的目的是将汇编语言指令转换为机器语言代码，并生成扩展名为 `.o` 的目标文件。此阶段使用默认情况下在所有 Linux 平台上都可用的 GNU 汇编器。
```
testdir]# as hello.s -o hello.o
@ -144,7 +144,7 @@ total 32
[testdir]#
```
现在，你有了第一个 ELF 格式的文件；但是，还不能执行它。稍后，你将看到“目标文件”和“可执行文件”之间的区别。
现在，你有了第一个 ELF 格式的文件；但是，还不能执行它。稍后，你将看到“<ruby>目标文件<rt>object file</rt></ruby>”和“<ruby>可执行文件<rt>executable file</rt></ruby>”之间的区别。
```
[testdir]# file hello.o
@ -155,7 +155,7 @@ hello.o: ELF 64-bit LSB relocatable, x86-64, version 1 (SYSV), not stripped
这是编译的最后阶段，将目标文件链接以创建可执行文件。可执行文件通常需要外部函数，这些外部函数通常来自系统库（`libc`）。
你可以使用 `ld` 命令直接调用链接器；但是，此命令有些复杂。相反，你可以使用带有 `-v` （详细）标志的 `gcc` 编译器，以了解链接是如何发生的。（使用 `ld` 命令进行链接作为一个练习，你可以自行探索。）
你可以使用 `ld` 命令直接调用链接器；但是，此命令有些复杂。相反，你可以使用带有 `-v`（详细）标志的 `gcc` 编译器，以了解链接是如何发生的。（使用 `ld` 命令进行链接作为一个练习，你可以自行探索。）
```
[testdir]# gcc -v hello.o
@ -187,7 +187,6 @@ total 44
对 `a.out` 运行 `file` 命令，结果表明它确实是 ELF 可执行文件：
```
[testdir]# file a.out
a.out: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), for GNU/Linux 2.6.32, BuildID[sha1]=48e4c11901d54d4bf1b6e3826baf18215e4255e5, not stripped
@ -203,7 +202,7 @@ a.out: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked (
### 探索 binutils 工具
此练习为使用 binutils 软件包中的工具提供了良好的背景。我的系统带有 binutils 版本 2.27-34； 你的 Linux 发行版上的版本可能有所不同。
上面这个练习为使用 binutils 软件包中的工具提供了良好的背景。我的系统带有 binutils 版本 2.27-34；你的 Linux 发行版上的版本可能有所不同。
```
[~]# rpm -qa | grep binutils
@ -234,11 +233,11 @@ binutils 软件包中提供了以下工具：
/usr/bin/strip
```
上面的编译练习已经探索了其中的两个工具：用作汇编程序的 `as` 命令，用作链接程序的 `ld` 命令。 继续阅读以了解上述 GNU binutils 软件包工具中的其他七个。
上面的编译练习已经探索了其中的两个工具：用作汇编器的 `as` 命令，用作链接器的 `ld` 命令。继续阅读以了解上述 GNU binutils 软件包工具中的其他七个。
#### readelf：显示 ELF 文件信息
上面的练习提到了术语“目标文件”和“可执行文件”。使用该练习中的文件，使用带有 `-h`（标题）选项的 `readelf` 命令，以将文件的 ELF 标题转储到屏幕上。请注意，以 `.o` 扩展名结尾的目标文件显示为 `Type: REL (Relocatable file)`（可重定位文件）：
上面的练习提到了术语“目标文件”和“可执行文件”。使用该练习中的文件，通过带有 `-h`（标题）选项的 `readelf` 命令，以将文件的 ELF 标题转储到屏幕上。请注意，以 `.o` 扩展名结尾的目标文件显示为 `Type: REL (Relocatable file)`（可重定位文件）：
```
[testdir]# readelf -h hello.o
@ -249,7 +248,7 @@ Type: REL (Relocatable file)
[...]
```
如果尝试执行此文件，将收到一条错误消息，指出无法执行。这仅表示它尚不具备在 CPU 上执行所需的信息。
如果尝试执行此目标文件，会收到一条错误消息，指出无法执行。这仅表示它尚不具备在 CPU 上执行所需的信息。
请记住，你首先需要使用 `chmod` 命令在对象文件上添加 `x`（可执行位），否则你将得到“权限被拒绝”的错误。
@ -278,10 +277,9 @@ Class: ELF64
[testdir]# ./a.out Hello World
```
`readelf` 命令可提供有关二进制文件的大量信息。在这里，它会告诉你它是 ELF64 位格式，这意味着它只能在 64 位 CPU 上执行，而不能在 32 位 CPU 上运行。它还告诉你它应在 X86-64（Intel/AMD）架构上执行。二进制文件的入口点是地址 `0x400430`，它就是 C 源程序中 `main` 函数的地址。
在你知道的其他系统二进制文件上尝试一下 `readelf` 命令，例如 `ls`。请注意，在 RHEL 8 或 Fedora 30 及更高版本的系统上，由于安全原因改用了位置无关可执行文件（[PIE][7]），因此你的输出（尤其是 `Type:`）可能会有所不同。
`readelf` 命令可提供有关二进制文件的大量信息。在这里，它会告诉你它是 ELF 64 位格式，这意味着它只能在 64 位 CPU 上执行，而不能在 32 位 CPU 上运行。它还告诉你它应在 X86-64（Intel/AMD）架构上执行。该二进制文件的入口点是地址 `0x400430`，它就是 C 源程序中 `main` 函数的地址。
在你知道的其他系统二进制文件上尝试一下 `readelf` 命令，例如 `ls`。请注意，在 RHEL 8 或 Fedora 30 及更高版本的系统上，由于安全原因改用了<ruby>位置无关可执行文件<rt>position independent executable</rt></ruby>（[PIE][7]），因此你的输出（尤其是 `Type:`）可能会有所不同。
```
[testdir]# readelf -h /bin/ls
@ -311,7 +309,7 @@ libattr.so.1 => /lib64/libattr.so.1 (0x00007f060cc84000)
libpthread.so.0 => /lib64/libpthread.so.0 (0x00007f060ca68000)
```
对 `libc` 库文件运行 `readelf` 以查看它是哪种文件。正如它指出的那样，它是一个 `DYN (Shared object file)`（共享对象文件），这意味着它不能直接直接执行；必须由内部使用了该库提供的任何函数的可执行文件使用它。
对 `libc` 库文件运行 `readelf` 以查看它是哪种文件。正如它指出的那样，它是一个 `DYN (Shared object file)`（共享对象文件），这意味着它不能直接执行；必须由内部使用了该库提供的任何函数的可执行文件使用它。
```
[testdir]# readelf -h /lib64/libc.so.6
@ -339,7 +337,7 @@ file1: ASCII text
size: file1: File format not recognized
```
现在，在上面的练习中，对对象文件和可执行文件运行 `size` 命令。请注意，根据 `size` 命令的输出，可执行文件（`a.out`）的信息要比目标文件（`hello.o`）多得多：
现在，在上面的练习中，对目标文件和可执行文件运行 `size` 命令。请注意，根据 `size` 命令的输出可以看出，可执行文件（`a.out`）的信息要比目标文件（`hello.o`）多得多：
```
[testdir]# size hello.o
@ -352,7 +350,7 @@ text data bss dec hex filename
但是这里的 `text`、`data` 和 `bss` 节是什么意思？
`text` 节是指二进制文件的代码部分，其中包含所有可执行指令。`data` 节是所有初始化数据所在的位置，`bss` 节是所有未初始化数据的存储位置。
`text` 节是指二进制文件的代码部分，其中包含所有可执行指令。`data` 节是所有初始化数据所在的位置，`bss` 节是所有未初始化数据的存储位置。（LCTT 译注：一般来说，在静态的映像文件中，各个部分称之为<ruby>节<rt>section</rt></ruby>，而在运行时的各个部分称之为<ruby>段<rt>segment</rt></ruby>，有时统称为段。）
比较其他一些可用的系统二进制文件的 `size` 结果。
@ -386,7 +384,7 @@ text data bss dec hex filename
Hello World
```
另一方面，在 `a.out`（可执行文件）上运行 `strings` 会显示在链接阶段二进制文件中包含的其他信息：
另一方面，在 `a.out`（可执行文件）上运行 `strings` 会显示在链接阶段该二进制文件中包含的其他信息：
```
[testdir]# strings -d a.out
@ -407,7 +405,7 @@ Hello World
#### objdump：显示目标文件信息
另一个可以从二进制文件中转储机器语言指令的 binutils 工具称为 `objdump`。使用 `-d` 选项，可从二进制文件中反汇编所有汇编指令。
另一个可以从二进制文件中转储机器语言指令的 binutils 工具称为 `objdump`。使用 `-d` 选项，可从二进制文件中反汇编出所有汇编指令。
回想一下，编译是将源代码指令转换为机器代码的过程。机器代码仅由 1 和 0 组成，人类难以阅读。因此，它有助于将机器代码表示为汇编语言指令。汇编语言是什么样的？请记住，汇编语言是特定于体系结构的；由于我使用的是 Intel（x86-64）架构，因此如果你使用 ARM 架构编译相同的程序，指令将有所不同。
@ -427,9 +425,9 @@ e: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
14: c3 retq
```
该输出乍一看似乎令人生畏，但请花一点时间来理解它，然后再继续。回想一下，`.text` 节包含所有的机器代码指令。汇编指令可以在第四列中看到（即 `push`、`mov`、`callq`、`pop`、`retq` 等）。这些指令作用于寄存器，寄存器是 CPU 内置的存储器位置。本示例中的寄存器是 `rbp`、`rsp`、`edi`、`eax` 等，并且每个寄存器都有特殊的含义。
该输出乍一看似乎令人生畏，但请花一点时间来理解它，然后再继续。回想一下，`.text` 节包含所有的机器代码指令。汇编指令可以在第四列中看到（即 `push`、`mov`、`callq`、`pop`、`retq` 等）。这些指令作用于寄存器，寄存器是 CPU 内置的存储器位置。本示例中的寄存器是 `rbp`、`rsp`、`edi`、`eax` 等，并且每个寄存器都有特殊的含义。
现在对可执行文件（`a.out`）运行 `objdump` 并查看得到的内容。可执行文件上的 `objdump` 的输出可能很大，因此我使用 `grep` 命令将其缩小到 `main` 函数：
现在对可执行文件（`a.out`）运行 `objdump` 并查看得到的内容。可执行文件的 `objdump` 的输出可能很大，因此我使用 `grep` 命令将其缩小到 `main` 函数：
```
[testdir]# objdump -d a.out | grep -A 9 main\>
@ -449,7 +447,7 @@ e: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
* 目标文件 `hello.o` 具有以下指令：`callq e`
* 可执行文件 `a.out` 由以下指令组成，该指令带有一个地址和函数：`callq 400400 <puts@plt>`
  
上面的汇编指令正在调用 `puts` 函数。请记住，你在源代码中使用了 `printf` 函数。编译器插入了对 `puts` 库函数的调用，以将 `Hello World` 输出到屏幕。
上面的汇编指令正在调用 `puts` 函数。请记住，你在源代码中使用了一个 `printf` 函数。编译器插入了对 `puts` 库函数的调用，以将 `Hello World` 输出到屏幕。
查看 `put` 上方一行的说明：
@ -458,7 +456,7 @@ e: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
该指令将二进制文件中地址 `$0x4005d0` 处存在的内容移动到名为 `edi` 的寄存器中。
该存储位置的内容中还能是别的什么吗？是的，你猜对了：它不过是文本 `Hello, World`。你是如何确定的？
这个存储位置的内容中还能是别的什么吗？是的，你猜对了：它就是文本 `Hello, World`。你是如何确定的？
`readelf` 命令使你可以将二进制文件（`a.out`）的任何节转储到屏幕上。以下要求它将 `.rodata`（这是只读数据）转储到屏幕上：
@ -472,13 +470,13 @@ Hex dump of section '.rodata':
你可以在右侧看到文本 `Hello World`，在左侧可以看到其二进制格式的地址。它是否与你在上面的 `mov` 指令中看到的地址匹配？是的，确实匹配。
#### strip：从目标文件中丢弃符号
#### strip：从目标文件中剥离符号
该命令通常用于在将二进制文件交付给客户之前减小二进制文件的大小。
请记住，由于重要信息已从二进制文件中删除，因此它会阻碍调试过程。但是，这个二进制文件可以完美地执行。
请记住，由于重要信息已从二进制文件中删除，因此它会妨碍调试。但是，这个二进制文件可以完美地执行。
对 `a.out` 可执行文件运行它，并注意会发生什么。首先，通过运行以下命令确保二进制文件没有被剥离（`not stripped`）：
对 `a.out` 可执行文件运行该命令，并注意会发生什么。首先，通过运行以下命令确保二进制文件没有被剥离（`not stripped`）：
```
[testdir]# file a.out
@ -492,7 +490,7 @@ a.out: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, [......] not stripped
8440 a.out
```
现在对该可执行文件运行 `strip` 命令，并使用 `file` 命令确保它可以正常工作：
现在对该可执行文件运行 `strip` 命令，并使用 `file` 命令以确保正常完成：
```
[testdir]# strip a.out
@ -500,7 +498,7 @@ a.out: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, [......] not stripped
```
剥离二进制文件后，此小程序的大小从之前的 `8440` 字节减小为 `6296` 字节。对于这样小的一个小程序都能有这么大的节省，难怪大型程序经常被剥离。
剥离该二进制文件后，此小程序的大小从之前的 `8440` 字节减小为 `6296` 字节。对于这样小的一个程序都能有这么大的空间节省，难怪大型程序经常被剥离。
```
[testdir]# du -b a.out
@ -511,7 +509,7 @@ a.out: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, [......] not stripped
`addr2line` 工具只是在二进制文件中查找地址，并将其与 C 源代码程序中的行进行匹配。很酷，不是吗？
为此编写另一个测试程序；只是这一次确保使用 `gcc` 的 `-g` 标志进行编译，这将为二进制文件添加其他调试信息，并包含有助于调试的行号（由源代码中提供）：
为此编写另一个测试程序；只是这一次确保使用 `gcc` 的 `-g` 标志进行编译，这将为二进制文件添加其它调试信息，并包含有助于调试的行号（由源代码中提供）：
```
[testdir]# cat -n atest.c
@ -550,7 +548,7 @@ Within function2
Within main
```
现在使用 `objdump` 来标识函数开始的内存地址。你可以使用 `grep` 命令来过滤出所需的特定行。函数的地址在下面突出显示：
现在使用 `objdump` 来标识函数开始的内存地址。你可以使用 `grep` 命令来过滤出所需的特定行。函数的地址在下面突出显示（`55 push %rbp` 前的地址）：
```
[testdir]# objdump -d a.out | grep -A 2 -E 'main>:|function1>:|function2>:'
@ -568,7 +566,7 @@ Within main
400548: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
```
现在，使用 `addr2line` 工具从映射二进制文件中的这些地址到 C 源代码匹配的地址：
现在，使用 `addr2line` 工具从二进制文件中的这些地址映射到 C 源代码匹配的地址：
```
[testdir]# addr2line -e a.out 40051d
@ -618,7 +616,7 @@ nm: a.out: no symbols
### 结论
GNU binutils 工具为有兴趣分析二进制文件的人提供了许多选项，这只是它们可以为你做的事情的一角。请阅读每种工具的手册页，以了解有关它们以及如何使用它们的更多信息。
GNU binutils 工具为有兴趣分析二进制文件的人提供了许多选项，这只是它们可以为你做的事情的冰山一角。请阅读每种工具的手册页，以了解有关它们以及如何使用它们的更多信息。
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@ -627,7 +625,7 @@ via: https://opensource.com/article/19/10/gnu-binutils
作者：[Gaurav Kamathe][a]
选题：[lujun9972][b]
译者：[wxy](https://github.com/wxy)
校对：[校对者ID](https://github.com/校对者ID)
校对：[wxy](https://github.com/wxy)
本文由 [LCTT](https://github.com/LCTT/TranslateProject) 原创编译，[Linux中国](https://linux.cn/) 荣誉推出