函數過程調用棧分析

首先寄存器使用慣例:
eip :指令地址寄存器,保存程序計數器的值,當前執行的指令的下一條指令的地址值,16位中為ip,32位為eip。eip不可以直接賦值,一般都是cpu自動加1來更新,指令call和ret以及jmp可以改變eip的值。
另外匯編代碼格式有ATT和intel格式,gcc和objdump的默認格式就是ATT。幾個小區別,1首先是指令ATT匯編指令后面有一個l,比如intel格式為mov,ATT格式為movl
2寄存器,ATT格式有%,比如intel格式為ebp,ATT格式為%ebp
3還有一個最主要的區別就是操作指令的,操作數的順序是相反的,源操作數和目的操作數的順序相反。
關于棧中的寄存器:
esp :棧指針,又叫棧頂寄存器,總是指向棧頂元素,已經壓入棧的最頂上的那個元素,而不是待壓入的。棧指針可以移動,通過上下移動實現棧的開辟和釋放。棧是向小地址方向生長的。esp寄存器中保存的是當前棧的棧頂元素的地址。
ebp :幀指針,又叫棧基址寄存器,總是指向當前棧的棧底元素。保存的是當前棧的棧底元素的地址。幀指針不可以移動,用來作為當前棧的基址,通過對基址ebp的偏移來尋址訪問棧中的其他元素的值。比如:0x8(%ebp)ebp所指向的地址值在加上0x8的地址。
ebp永遠都是針對當前棧的,所以當一個函數調用了另外一個函數的時候,就需要先將調用函數的棧的ebp給入棧保存,這樣避免了與被調用函數的棧ebp沖突,然后在被調用函數的棧結束調用釋放的時候,恢復現場的時候,在將調用函數的ebp彈出來,這樣又可以回到調用函數的棧了。
棧通過棧指針棧頂esp和幀指針棧底ebp來固定棧框。
eax :保存函數的返回值的慣用寄存器
% :直接尋址寄存器
( ) :內存間接尋址
$ :立即數
例如:movl $8, %eax #把立即數8存到寄存器eax中
movl $8, (%esp) #把立即數8存到內存esp所指的內存地址中。
這里主要來通過函數調用來徹底弄清楚棧的過程,這里直接利用bufbomb中的一段簡單的c代碼,通過反匯編來分析一下其匯編代碼。這個c代碼很簡單,就是test函數中調用了getbuf函數。



其反匯編代碼為:



這里的匯編代碼比較長我們來截取一下只看關于棧和函數調用的部分:





來看一下不管是test還是getbuf都有的幾句匯編語言:


函數的實現過程都是通過棧過程,一開始我們已經講過了棧有兩個指針用來固定棧框的,ebp棧底指針和而esp棧頂指針。
push %ebp #保存舊的ebp的值,也就是保存當前函數的調用者的棧的棧基址。(因為每一個棧都有一個ebp是不可以移動的,但是名字又一樣,怎么區分呢,那就是開始時先把原來的ebp保存起來,然后生成自己的,調用結束后,在把原來的恢復,彈出來,自己的釋放掉,這樣人家原來的ebp又可以繼續在自己的棧中作為基址了。不然就覆蓋了回不去了)相對于test來說可能就是main之類的調用test的函數的棧的ebp,對于getbuf來說就是test的ebp。將ebp壓入棧中,這個時候esp自動-4,指向新壓入的ebp元素的位置處。
mov %esp,%ebp #使幀指針ebp指向當前的esp處,也就是初始化生成一個當前棧的基址幀指針ebp,也就是當前棧的棧底表示出來固定住。對于test來說就是test的棧底,對于getbuf來說就是getbuf的棧的棧底。
sub $0x38,%esp #通過棧指針esp向下移動為當前函數開辟自己的棧,esp指向了棧頂,從ebp到esp為當前函數的棧空間。
以上三條指令就是所有棧都有的棧開辟匯編指令。
接下來來看棧釋放的匯編指令:



這里是兩個函數中不同的棧釋放恢復指令,有點不一樣但是原理是一樣的。
add $0x24,%esp #釋放當前棧開辟的空間,在test函數開始的時候通過棧指針esp減0x24移動來開辟了當前test函數自己的棧空間。現在將esp加上0x24也就是使esp從新移動到了棧底ebp處,就將原來開辟的棧空間釋放掉了。另外一條常用的匯編指令是:
mov %ebp,%esp #將ebp的值給esp,也就是把esp指向當前的棧底
pop %ebx #把之前保存的寄存器ebx恢復
pop %ebp #彈出舊的ebp,也就是把調用test函數的函數的棧的ebp彈出恢復。
ret # 彈出返回地址。這一條指令相當于
pop %eip 將指令寄存器恢復,也就是讓調用test函數的函數的棧知道接下來應該繼續執行的哪一條指令。
leave # 是將當前棧的空間釋放掉,彈出舊的ebp,相當于下面兩條匯編指令:
mov %ebp,%esp
pop %ebp
由此可見棧的釋放就是三個過程:
釋放當前棧的空間
彈出舊的ebp
彈出返回地址

過程與esp的移動結合:(有很多人不明白,我這里已經用自己的話寫的非常白話了,我覺得最后的理解方式是通過gdb調試一下,那里不明白就調試出來里面到底是什么就會自己豁然開朗)

棧釋放主要包括:1將當前開放的棧空間釋放掉,通過esp的向上移動,移動到自己的棧底ebp處(保存的舊的調用者的ebp的位置處),2恢復原來的現場,主要包括兩部分,一部分是將原來的棧基址幀指針ebp復原,也就是在自己棧中保存的ebp彈出來,這個時候esp自動加4,變到原來保存舊ebp處位置上上面一個位置(一般為調用者的棧中保存的返回地址的地方,返回地址是調用當前函數時,結束后回來繼續應該執行的下一條指令的eip的地址。比如call指令的下一條指令的eip的地址


比如說上面test中call getbuf這條eip的下一條eip的地址為0x8048e50
在執行call指令的時候相當于:
push eip(0x8048e50) (系統自動將返回地址壓入棧,輸入調用者的一部分,比如這里在test的棧中,而getbuf的棧是從getbuf壓入test的ebp開始,也就是getbuf的棧底元素是test的ebp)
jmp getbuf(0x8049262)
),這個時候保存的舊的ebp已經彈出,之前為當前棧生成的棧基址幀指針ebp也就沒有了已經。也就是被調用函數開辟的棧已經完全復原了,像什么沒有發生一樣。第二個部分也是最后一個部分,就是調用者需要知道我應該繼續執行那一條指令(不然回來了找不到原來的指令執行到哪里了),也就是把返回地址eip的地址彈出來,esp自動加4指向原來保存返回地址的位置上面一個位置。這樣調用函數又繼續正常執行了。

圖解函數調用過程:
1首先是test函數的棧結構,其中黃色是test函數的棧,綠色是調用test函數的函數的棧,比如main函數之類的。


2 test執行到call指令:
call 8049262 <getbuf>
首先 系統自動壓入返回地址 push eip 這里call的下一條eip的地址是0x8048e50
然后 Jmp到jmp getbuf(0x8049262)
隨著返回地址的入棧,esp自動下移,esp-4:這個時候仍是黃色的,因為我們在前面已經分析過,返回地址是屬于調用者的棧結構的。


3跳到getbuf的函數的入口地址以后開始getbuf的棧,藍色的代表getbuf的棧
push %ebp #保存舊的ebp的值,也就是保存當前函數的調用者的棧的棧基址。對于getbuf來說就是test的ebp。將ebp壓入棧中,這個時候esp自動-4,指向新壓入的ebp元素的位置處。
mov %esp,%ebp #使幀指針ebp指向當前的esp處,也就是初始化生成一個當前棧getbuf棧的基址幀指針ebp,也就是當前棧的棧底表示出來固定住。對于getbuf來說就是getbuf的棧的棧底。


4 getbuf繼續棧開辟
sub $0x38,%esp 通過esp移動開辟一個getbuf的棧空間,esp此時指向getb這個棧的棧頂,此時getbuf的棧框已經固定住。


接下來再來看函數調用完以后返回到test函數,現場恢復:
1leave的第一步:
mov %ebp,%esp #將ebp的值給esp,也就是把esp指向當前的棧底,把開辟的藍色空間收回


2 leave的第二步:
pop %ebp #彈出舊的ebp,也就是把調用test函數的函數的棧的ebp彈出恢復。此時藍色框已經完全沒有了,ebp也沒有了,為了getbuf開的空間也已經完全釋放了。


3 ret 彈出返回地址以后:


這里以上僅是簡單的函數調用,調用的函數不需要傳入參數,還有調用的函數需要傳入參數的時候等,在bufbomb中我們會具體遇到。再具體分析。

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