提问人：Jay 提问时间：5/31/2023 最后编辑：Jay 更新时间：6/2/2023 访问量：220
如何正确使用 libdwarf 信息获取局部变量位置
How to properly use the libdwarf information to get the local variable location
问：
前言：对于我的问题的冗长准备，我深表歉意，这样做的原因是为了确保这篇文章是独立的，并希望包含我发现的所有必要信息。
我的问题与Eli Bendersky先生的这篇好文章有关 https://eli.thegreenplace.net/2011/02/07/how-debuggers-work-part-3-debugging-information
因此，我将使用下面的输入代码来回答我的问题：
#include <stdio.h>
void do_stuff(int my_arg)
{
int my_local = my_arg + 2;
int i;
for (i = 0; i < my_local; ++i)
printf("i = %d\n", i);
}
int main()
{
do_stuff(2);
return 0;
}
以上代码编译完成gcc -g tracedprog2.c -o tracedprog2
此外，我将使用这里分享的 libdwarf 示例 https://github.com/timsnyder/libdwarf-code/tree/3e75142a5d8938466e00a942c41a04f69510915d 可以通过以下步骤轻松构建，以使用该程序来复制我的发现（这不是必需的，只是想分享以防有人可能正在寻找它）：
cd libdwarf-code
mkdir build && cd build
cmake -DBUILD_DWARFEXAMPLE=TRUE ..
make -j4
// built binaries will be available in the directory: $HOME/libdwarf-code/build/src/bin/dwarfexample
问题如标题所述，如何使用 libdwarf 收集的信息来获取局部变量的位置？
因此，正如 Bendersky 先生的帖子中所说，首先要做的是通过 获取 libdwarf 信息，这将输出如下信息（我只包含有用的信息）：objdump --dwarf=info ./tracedprog2
<1><8a>: Abbrev Number: 5 (DW_TAG_subprogram)
<8b> DW_AT_external : 1
<8b> DW_AT_name : (indirect string, offset: 0x29): do_stuff
...
<92> DW_AT_low_pc : 0x1135
<9a> DW_AT_high_pc : 0x43
<a2> DW_AT_frame_base : 1 byte block: 9c (DW_OP_call_frame_cfa)
<a4> DW_AT_GNU_all_tail_call_sites: 1
...
<2><b3>: Abbrev Number: 7 (DW_TAG_variable)
<b4> DW_AT_name : (indirect string, offset: 0x0): my_local
...
<bb> DW_AT_type : <0x57>
<bf> DW_AT_location : 2 byte block: 91 68 (DW_OP_fbreg: -24)
我的理解是，为了弄清楚局部变量的位置，需要许多信息（显示为操作码）：
- libdwarf 的帧基础：
DW_OP_call_frame_cfa - libdwarf 的局部变量偏移量：
DW_OP_fbreg
现在事情变得非常棘手，在阅读了 DWARF 指南（https://dwarfstd.org/doc/DWARF5.pdf）后，它指出：
The DW_OP_call_frame_cfa operation pushes the value of the CFA, obtained from the Call Frame Information (see Section 6.4 on page 171)
这是上面共享的二进制文件（https://github.com/timsnyder/libdwarf-code/tree/3e75142a5d8938466e00a942c41a04f69510915d/src/bin/dwarfexample）尝试将此 CFA 信息解析为用户可读格式的地方。frame1dwarfexample
运行 我找到了一种更好的方法来输出数据./frame1 tracedprog2 代码后，您得到的输出如下所示（此程序将从帧描述条目 （FDE） 中解析呼叫信息条目 （CIE） 信息）;以下是函数do_stuff的框架信息，因为这是这个问题的焦点。readelf -w ./tracedprog2
00000088 000000000000001c 0000005c FDE cie=00000030 pc=0000000000001135..0000000000001178
DW_CFA_advance_loc: 1 to 0000000000001136
DW_CFA_def_cfa_offset: 16
DW_CFA_offset: r6 (rbp) at cfa-16
DW_CFA_advance_loc: 3 to 0000000000001139
DW_CFA_def_cfa_register: r6 (rbp)
DW_CFA_advance_loc: 62 to 0000000000001177
DW_CFA_def_cfa: r7 (rsp) ofs 8
DW_CFA_nop
DW_CFA_nop
DW_CFA_nop
根据 DWARF5 书中的描述，
15. DW_CFA_def_cfa takes two unsigned LEB128 arguments representing a
register number and an offset. The required action is to define the
current CFA rule to use the provided register and offset.
16. DW_CFA_def_cfa_register takes a single unsigned LEB128 argument
representing a register number. The required action is to define the
current CFA rule to use the provided register (but to keep the old
offset).
17. DW_CFA_def_cfa_offset takes a single unsigned LEB128 argument
representing an offset. The required action is to define the current CFA
rule to use the provided offset (but to keep the old register).
重要的信息似乎是 和 的值，我认为这可能是我正在寻找的框架基础。DW_CFA_def_cfaDW_CFA_def_cfa_register
因此，要获取变量的位置，我认为这是需要做的：my_local
首先，CFA 的定义见 。接下来，是 ，哪个让它？从那里，有 ，这似乎表明我需要像这样添加 ，才能制作它。然后，使用值 更改为 ，因此现在是 。从这里，添加 of 变量以获取 .但是，我看到 ，它是 .RSP + 8DW_CFA_def_cfaDW_CFA_offsetcfa - 16RSP - 8DW_CFA_def_cfa_offset: 16RSP - 8 + 16RSP + 8DW_CFA_def_cfa_register: r6 (rbp)RSPRBPRBP + 8DW_OP_fbreg: -24my_localRBP - 0x10objdump-0x14(%rbp),%eax
0000000000001135 <do_stuff>:
1135: 55 push %rbp
1136: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
1139: 48 83 ec 20 sub $0x20,%rsp
113d: 89 7d ec mov %edi,-0x14(%rbp)
1140: 8b 45 ec mov -0x14(%rbp),%eax
1143: 83 c0 02 add $0x2,%eax
1146: 89 45 f8 mov %eax,-0x8(%rbp)
我相信我能够找到计算局部变量位置所需的所有必要信息，但似乎我在某处遗漏了一些东西。谁能告诉我我可能错过了什么？先谢谢你。
答：
0赞
Jay
6/2/2023
#1
因此，似乎我误解了向我展示的内容，从而导致了我上面所说的错误结论。objdump -S ./tracedprog2
例如，使用 DWARF 信息进行转储将显示反汇编 + 源代码，如下所示：
void do_stuff(int my_arg)
{
1135: 55 push %rbp
1136: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
1139: 48 83 ec 20 sub $0x20,%rsp
113d: 89 7d ec mov %edi,-0x14(%rbp)
int my_local = my_arg + 2;
1140: 8b 45 ec mov -0x14(%rbp),%eax
1143: 83 c0 02 add $0x2,%eax
1146: 89 45 f8 mov %eax,-0x8(%rbp)
int i;
for (i = 0; i < my_local; ++i)
1149: c7 45 fc 00 00 00 00 movl $0x0,-0x4(%rbp)
1150: eb 1a jmp 116c <do_stuff+0x37>
printf("i = %d\n", i);
1152: 8b 45 fc mov -0x4(%rbp),%eax
1155: 89 c6 mov %eax,%esi
1157: 48 8d 3d a6 0e 00 00 lea 0xea6(%rip),%rdi # 2004 <_IO_stdin_used+0x4>
115e: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
1163: e8 c8 fe ff ff callq 1030 <printf@plt>
for (i = 0; i < my_local; ++i)
正如你所看到的，就在线的正上方my_local
1140: 8b 45 ec mov -0x14(%rbp),%eax
这让我相信我试图找到 的偏移计算。-0x14(%rbp)
现在我想我对阅读许多其他来源后发生的事情有了很好的了解，这些来源需要一点时间才能找到（如果有人想验证我的答案，我将在下面引用它们）。
长话短说，让我扩展一下上面显示的信息，看看我是否可以澄清我的理解以及我如何能够找到解决方案：
00000000 0000000000000014 00000000 CIE
Version: 1
Augmentation: "zR"
Code alignment factor: 1
Data alignment factor: -8
Return address column: 16
Augmentation data: 1b
DW_CFA_def_cfa: r7 (rsp) ofs 8
DW_CFA_offset: r16 (rip) at cfa-8
DW_CFA_undefined: r16 (rip)
...
00000088 000000000000001c 0000005c FDE cie=00000030 pc=0000000000001135..0000000000001178
DW_CFA_advance_loc: 1 to 0000000000001136
DW_CFA_def_cfa_offset: 16
DW_CFA_offset: r6 (rbp) at cfa-16
DW_CFA_advance_loc: 3 to 0000000000001139
DW_CFA_def_cfa_register: r6 (rbp)
Contents of the .debug_loc section:
Offset Begin End Expression
00000000 0000000000001178 0000000000001179 (DW_OP_breg7 (rsp): 8)
00000014 0000000000001179 000000000000117c (DW_OP_breg7 (rsp): 16)
00000028 000000000000117c 000000000000118c (DW_OP_breg6 (rbp): 16)
0000003c 000000000000118c 000000000000118d (DW_OP_breg7 (rsp): 8)
00000050 <End of list>
00000060 0000000000001135 0000000000001136 (DW_OP_breg7 (rsp): 8)
00000074 0000000000001136 0000000000001139 (DW_OP_breg7 (rsp): 16)
00000088 0000000000001139 0000000000001177 (DW_OP_breg6 (rbp): 16)
0000009c 0000000000001177 0000000000001178 (DW_OP_breg7 (rsp): 8)
000000b0 <End of list>
上述附加信息可以通过编译而不是默认来找到（来源：https://blog.tartanllama.xyz/writing-a-linux-debugger-variables/）。DWARF2DWARF5
好的，所以首先，CFA 注册最初设置为（来源：https://lists.dwarfstd.org/pipermail/dwarf-discuss/2010-August/000915.html）。rsp + 8
然后到达 地址 的帧时，我们在表 中插入一个新行（因此，这就是值 1 所代表的）。现在，由于语句 ，此列的偏移量将为 16。do_stuff0x1135FDE0x1136DF_CFA_def_cfa_offset
这是什么意思？而不是像我们之前看到的那样，现在从这一行结束到现在，它将是 .rsp + 80x1136rsp + 16
因此，接下来，我们在将 3 添加到当前地址后创建一个新行（例如，从这里开始，我们将 CFA 寄存器定义为 .因为我们直到现在才改变偏移量，所以这一切意味着从现在开始，它将代替 .0x1139rbp0x1139rbp + 16rsp + 16
基本上，就是这样，我们正在寻找的用于计算局部变量的帧基是 。现在我们看一下.debug_loc部分的内容，结果似乎与我上面的解释一致。my_localrsp + 16
现在回到
<2><b3>: Abbrev Number: 7 (DW_TAG_variable)
<b4> DW_AT_name : (indirect string, offset: 0x0): my_local
...
<bb> DW_AT_type : <0x57>
<bf> DW_AT_location : 2 byte block: 91 68 (DW_OP_fbreg: -24)
并且有价值，您只需将其添加到我们发现的框架基础中，因此这意味着 = ，这将是等价的。DW_OP_fbreg: -24rbp + 16 - 24rbp - 8mov %eax, -0x8(%rbp)
现在我又看了 Bendersky 先生的帖子，这似乎与他的回答一致，但我不知何故错过了它，显然开始 DWARF 版本 5，似乎默认不包括在内，这误导了我最初追求错误的结论。.debug_loc
我希望这个解决方案是正确的（我认为它对我来说很有意义），如果它不正确，请告诉我，因为我仍然不确定 DWARF（对于像我这样的新手来说非常复杂）。
评论
DW_CFA_advance_loc$0x14