自我檢查事項(sandbox)

何謂Cross compiler(交叉編譯器)?

Cross Compiler主要在資源較豐富的電腦上執行，而編譯出能在別的電腦上執行的目的碼(Object Code)。

例如，當我們想寫個C程式，讓它能在Android手機裡跑。
Android手機的ARM-CPU及記憶體容量都很小，我們無法在資源有限的Android/ARM裡進行編輯及編譯C程式。
可行的方法是：在X86 PC環境裏編輯C程式，然後使用Cross Compiler去編譯出適合ARM-CPU裡執行的目的碼。這稱為Cross Compiler。

ELF 執行檔格式包含哪些 section 呢？又在哪裡可見到詳細描述？

object file

object code(目的碼):
指電腦科學中編譯器或組譯器處理原始碼後所生成的代碼，它一般由機械碼或接近於機器語言的代碼組成。
object file(目的檔)
即存放目的碼的電腦檔案，它常被稱作二進制檔案（binaries）。

ELF（Executable and Linking Format）格式

Executable Format 主要有：

Windows 下的 PE（Portable Executable）
Linux 下的 ELF（Executable Linkable Format）

現在Linux和Windows上的可執行檔，基本上是基於COFF格式演變而來。

COFF最重要的觀念在於引入了section的機制，讓不同的obj file可以擁有不同的section。

ELF 標準中將使用 ELF 格式的檔案分成：

ELF file type	Example
Relocatable File	Linux 的 .o、Windows 的 .obj
Executable File	/bin/bash、Windows 的 .exe
Shared Object File	Linux 的 .so、Windows 的 .dll
Core Dump File	Linux 的 core dump

ELF file structure

ELF 檔是由 header、一堆 section 及一堆 table 組成的，各 table 也是 section。

File Header
描述該文件的屬性，例如該文件是否可以執行、是靜態連結還是動態連結、target 硬體、target OS等
Section Table: 紀錄了該份文件有哪些Section, 有哪些屬性
.text section
instruction通常都保存在這裡
.data section
通常用於紀錄初始化的global variable和local static variable
.bss section
通常用於紀錄未被初始化的global variable和static variable，通常只是紀錄符號和留一段空間

實際觀察

透過readelf / objdump 工具
可用 readelf -h XXX.elf ,觀察描述整個 ELF 檔的屬性。

sha256 Header




















ELF Header:
  Magic:   7f 45 4c 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 
  Class:                             ELF32
  Data:                              2's complement, little endian
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - System V
  ABI Version:                       0
  Type:                              EXEC (Executable file)
  Machine:                           Moxie
  Version:                           0x1
  Entry point address:               0x1000
  Start of program headers:          52 (bytes into file)
  Start of section headers:          38760 (bytes into file)
  Flags:                             0x0
  Size of this header:               52 (bytes)
  Size of program headers:           32 (bytes)
  Number of program headers:         3
  Size of section headers:           40 (bytes)
  Number of section headers:         22
  Section header string table index: 21

觀察/usr/include/elf.h header struct

















typedef struct
{
  unsigned char	e_ident[EI_NIDENT];	/* Magic number and other info */
  Elf64_Half	e_type;			/* Object file type */
  Elf64_Half	e_machine;		/* Architecture */
  Elf64_Word	e_version;		/* Object file version */
  Elf64_Addr	e_entry;		/* Entry point virtual address */
  Elf64_Off	e_phoff;		/* Program header table file offset */
  Elf64_Off	e_shoff;		/* Section header table file offset */
  Elf64_Word	e_flags;		/* Processor-specific flags */
  Elf64_Half	e_ehsize;		/* ELF header size in bytes */
  Elf64_Half	e_phentsize;		/* Program header table entry size */
  Elf64_Half	e_phnum;		/* Program header table entry count */
  Elf64_Half	e_shentsize;		/* Section header table entry size */
  Elf64_Half	e_shnum;		/* Section header table entry count */
  Elf64_Half	e_shstrndx;		/* Section header string table index */
} Elf64_Ehdr;

Section Header Table

可用 readelf -S XXX.elf ,觀察各section的屬性

sha256 各section






























There are 22 section headers, starting at offset 0x9768:

Section Headers:
  [Nr] Name              Type            Addr     Off    Size   ES Flg Lk Inf Al
  [ 0]                   NULL            00000000 000000 000000 00      0   0  0
  [ 1] .text             PROGBITS        00001000 000094 000a2c 00  AX  0   0  2
  [ 2] .init             PROGBITS        00001a2c 000ac0 00000e 00  AX  0   0  2
  [ 3] .fini             PROGBITS        00001a3a 000ace 000008 00  AX  0   0  2
  [ 4] .rodata           PROGBITS        00001a44 000ad8 00010c 00   A  0   0  4
  [ 5] .data             PROGBITS        00001c50 000be4 000428 00  WA  0   0  4
  [ 6] .eh_frame         PROGBITS        00002078 00100c 000004 00  WA  0   0  4
  [ 7] .ctors            PROGBITS        0000207c 001010 000008 00  WA  0   0  4
  [ 8] .dtors            PROGBITS        00002084 001018 000008 00  WA  0   0  4
  [ 9] .bss              NOBITS          0000208c 001020 000094 00  WA  0   0  4
  [10] .comment          PROGBITS        00000000 001020 00003b 01  MS  0   0  1
  [11] .debug_aranges    PROGBITS        00000000 00105b 000150 00      0   0  1
  [12] .debug_info       PROGBITS        00000000 0011ab 003d87 00      0   0  1
  [13] .debug_abbrev     PROGBITS        00000000 004f32 000f8a 00      0   0  1
  [14] .debug_line       PROGBITS        00000000 005ebc 0014ef 00      0   0  1
  [15] .debug_frame      PROGBITS        00000000 0073ac 0002fc 00      0   0  4
  [16] .debug_str        PROGBITS        00000000 0076a8 000a92 01  MS  0   0  1
  [17] .debug_loc        PROGBITS        00000000 00813a 000d3d 00      0   0  1
  [18] .debug_ranges     PROGBITS        00000000 008e77 0000a8 00      0   0  1
  [19] .symtab           SYMTAB          00000000 008f20 000540 10     20  54  4
  [20] .strtab           STRTAB          00000000 009460 00023e 00      0   0  1
  [21] .shstrtab         STRTAB          00000000 00969e 0000c7 00      0   0  1
Key to Flags:
  W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings)
  I (info), L (link order), G (group), T (TLS), E (exclude), x (unknown)
  O (extra OS processing required) o (OS specific), p (processor specific)

section descriptor









typedef struct
{
  Elf64_Word	st_name;		/* Symbol name (string tbl index) */
  unsigned char	st_info;		/* Symbol type and binding */
  unsigned char st_other;		/* Symbol visibility */
  Elf64_Section	st_shndx;		/* Section index */
  Elf64_Addr	st_value;		/* Symbol value */
  Elf64_Xword	st_size;		/* Symbol size */
} Elf64_Sym;

閱讀 Moxie 處理器架構

是否已操作 remote GDB 呢？如何在執行時期檢驗載入的 ELF 執行檔裡頭 .text 和 .data section 內容呢？

操作 remote GDB

依照隔離執行環境的建構與應用的步驟觀察 tests/sha256

終端機 A

$ src/sandbox -e tests/sha256 -g 9999

終端機 B

$ moxie-none-moxiebox-gdb -q tests/sha256

尋找 .text 和 .data section 位置

終端機 B 進入 remote GDB 後透過 compare-sections 來尋找對應的 sections 位置




(gdb) compare-sections .text
Section .text, range 0x1000 -- 0x1a2c: matched.
(gdb) compare-sections .data
Section .data, range 0x1c50 -- 0x2078: matched.

或者透過 info files 印出所有 sections 的位置


















(gdb) info files
Symbols from "/home/uscca22/sysprog/homework_team/moxiebox/tests/sha256".
Remote serial target in gdb-specific protocol:
Debugging a target over a serial line.
	While running this, GDB does not access memory from...
Local exec file:
	`/home/uscca22/sysprog/homework_team/moxiebox/tests/sha256', file type elf32-littlemoxie.
	Entry point: 0x1000
	0x00001000 - 0x00001a2c is .text
	0x00001a2c - 0x00001a3a is .init
	0x00001a3a - 0x00001a42 is .fini
	0x00001a44 - 0x00001b50 is .rodata
	0x00001c50 - 0x00002078 is .data
	0x00002078 - 0x0000207c is .eh_frame
	0x0000207c - 0x00002084 is .ctors
	0x00002084 - 0x0000208c is .dtors
	0x0000208c - 0x00002120 is .bss

檢驗 .text 和 .data section 內容

透過 Examining memory 指令搭配剛剛找到的位置來檢驗 .text 和 .data section 內容

(gdb)x/nfu addr

x : Examining memory
n : Repeat count
f : Display format
u : Unit size

檢驗 .text

.text section 存放指令，因此 display format 選擇 instruction format





















(gdb) x/5i 0x00001000
   0x1000 <__start>:	xor	$fp, $fp
   0x1002 <__start+2>:	gsr	$sp, 0x7
   0x1004 <__start+4>:	ldi.l	$r0, 0x208c
   0x100a <__start+10>:	xor	$r1, $r1
   0x100c <__start+12>:	ldi.l	$r2, 0x2120
(gdb) 
   0x1012 <__start+18>:	sub	$r2, $r0
   0x1014 <__start+20>:	jsra	0x14b0 <memset>
   0x101a <__start+26>:	gsr	$r0, 0x6
   0x101c <__start+28>:	sta.l	0x211c, $r0
   0x1022 <__start+34>:	xor	$r0, $r0
(gdb) 
   0x1024 <__start+36>:	xor	$r1, $r1
   0x1026 <__start+38>:	jsra	0x1a2c <_init>
   0x102c <__start+44>:	ldi.l	$r0, 0x1a3a
   0x1032 <__start+50>:	jsra	0x116c <atexit>
   0x1038 <__start+56>:	jsra	0x13e0 <main>
   ...
   ...
   ...

檢驗 .data

.data section 存放不同大小的資料， display format 使用 instruction format 沒有太大的意義，因此選擇以十六進制顯示














(gdb) x/5xh 0x1c50
0x1c50 <_impure_ptr>:	0x1c54	0x0000	0x0000	0x0000	0x1f40
(gdb) 
0x1c5a <impure_data+6>:	0x0000	0x1fa8	0x0000	0x2010	0x0000
(gdb) 
0x1c64 <impure_data+16>:	0x0000	0x0000	0x0000	0x0000	0x0000
(gdb) 
0x1c6e <impure_data+26>:	0x0000	0x0000	0x0000	0x0000	0x0000
(gdb) 
0x1c78 <impure_data+36>:	0x0000	0x0000	0x0000	0x0000	0x0000
   ...
   ...
   ...