哈工大计算机系统实验四——链接
链接这一块呢，先看了李春凤老师的慕课，然后看一遍课本，然后来做实验，感觉真的懂了一样
把火炬传下去!
实验报告
实 验（四
题 目 LinkLab
链接
专 业 xxxx
学 号 xxxx
班 级 xxxx
学 生 xxxx
指 导 教 师 xxxx
实 验 地 点 xxxx
实 验 日 期 xxxx
计算机科学与技术学院
目 录
2.1 请按顺序写出ELF格式的可执行目标文件的各类信息（5分）............ - 4 -
2.2请按照内存地址从低到高的顺序，写出Linux下X64内存映像。（5分） - 4 -
第3章 各阶段的原理与方法................................................................................. - 5 -
4.2 请给出对本次实验内容的建议..................................................................... - 6 -
第1章 实验基本信息
1.1 实验目的
掌握ELF结构与符号解析与重定位的工作过程
熟练使用Linux工具完成ELF分析与修改
1.2 实验环境与工具
1.2.1 硬件环境
X64 CPU；2GHz；2G RAM；256GHD Disk 以上
1.2.2 软件环境
Windows7 64位以上；VirtualBox/Vmware 11以上；Ubuntu 16.04 LTS 64位/优麒麟 64位；
1.2.3 开发工具
Visual Studio 2010 64位以上；GDB/OBJDUMP；DDD/EDB等
1.3 实验预习
第2章 实验预习
2.1 请按顺序写出ELF格式的可执行目标文件的各类信息（5分）
ELF头
段头部表：将连续的文件映射到运行时的内存段
. init ： 定义了_init函数，程序初始化代码会调用它
. text ： 已编译程序的机器代码
. rodata ： 只读数据，比如printf语句中的格式串和开关语句的跳转表
. data ： 已初始化的全局和静态C变量
. bss ： 未初始化的全局和静态C变量
. symtab ：一个符号表，它存放在程序中定义和引用的函数和全局变量的信息
. debug ： 一个调试符号表，其条目时程序中定义的全局变量和类型定义，程序中定义和引用的全局变量，以及原始的C源文件。
. line ： 原始C源程序的行号和.text节中机器指令之间的映射
. strtab ： 一个字符串表，其内容包括 .symtab 和 .debug节中的符号表，以及节头部中的节名字。
节头部表：描述目标文件的节。
2.2请按照内存地址从低到高的顺序，写出Linux下X64内存映像。（5分）
2.3请运行“LinkAddress -u 学号 姓名” 按地址循序写出各符号的地址、空间。并按照Linux下X64内存映像标出其所属各区。
（5分）
| 所属区 | 各符号的地址、空间（地址从小到大） |
| 只读代码段（.init , .text , .rodata） | .rodata pstr 0x400ea 84198056 gc 0x400f44 4198212 cc 0x400ee0 4198112 .txt: show_pointer 0x400712 4196114 useless 0x400707 4196103 main 0x400737 4196151
exit 0x7f40bccf1120 139916022321440 printf 0x7f40bcd12e80 139916022460032 malloc 0x7f40bcd45070 139916022665328 free 0x7f40bcd45950 139916022667600 strcpy 0x7f40bcd64540 139916022793536
|
| 读写段（.data,.bss） | .data: global 0x6020f0 6299888 glong 0x6020e8 6299880 cstr 0x602080 6299776 local static int 1 0x602060 6299744 .bss: big array 0x40602120 1080041760 huge array 0x602120 6299936 gint0 0x60210c 6299916 local static int 0 0x602110 6299920
|
| 运行时堆（由malloc创建） |
p1 0x7f40accad010 139915753607184 p2 0x4291e670 1116857968 p3 0x7f40bd28a010 139916028190736 p4 0x7f406ccac010 139914679861264 p5 (nil) 0 |
| 用户栈（运行时创建） | argc 0x7fffeca45b3c 140737163582268 argv 0x7fffeca46058 140737163583576 argv[0] 7fffeca47329 argv[1] 7fffeca47334 argv[2] 7fffeca47337 argv[3] 7fffeca47342 argv[0] 0x7fffeca47329 140737163588393 ./linkaddr argv[1] 0x7fffeca47334 140737163588404 -u argv[2] 0x7fffeca47337 140737163588407 1180800811 argv[3] 0x7fffeca47342 140737163588418 张瑞豪 env 0x7fffeca46080 140737163583616 env[0] *env 0x7fffeca4734c 140737163588428 env[1] *env 0x7fffeca47362 140737163588450 env[2] *env 0x7fffeca4794e 140737163589966 LESSCLOSE=/usr/bin/lesspipe %s %s env[3] *env 0x7fffeca47970 140737163590000 XDG_MENU_PREFIX=gnome- env[4] *env 0x7fffeca47987 140737163590023 LANG=en_US.UTF-8 env[5] *env 0x7fffeca47998 140737163590040 MANAGERPID=1621 env[6] *env 0x7fffeca479a8 140737163590056 DISPLAY=:0 env[7] *env 0x7fffeca479b3 140737163590067 INVOCATION_ID=212316a40a94413780441c9dc64b059b env[8] *env 0x7fffeca479e2 140737163590114 GNOME_SHELL_SESSION_MODE=ubuntu env[9] *env 0x7fffeca47a02 140737163590146 COLORTERM=truecolor env[10] *env 0x7fffeca47a16 140737163590166 USERNAME=zrh1180800811 env[11] *env 0x7fffeca47a2d 140737163590189 XDG_VTNR=2 env[12] *env 0x7fffeca47a38 140737163590200 SSH_AUTH_SOCK=/run/user/1000/keyring/ssh env[13] *env 0x7fffeca47a61 140737163590241 XDG_SESSION_ID=2 env[14] *env 0x7fffeca47a72 140737163590258 USER=zrh1180800811 env[15] *env 0x7fffeca47a85 140737163590277 DESKTOP_SESSION=ubuntu env[16] *env 0x7fffeca47a9c 140737163590300 QT4_IM_MODULE=fcitx env[17] *env 0x7fffeca47ab0 140737163590320 TEXTDOMAINDIR=/usr/share/locale/ env[18] *env 0x7fffeca47ad1 140737163590353 GNOME_TERMINAL_SCREEN=/org/gnome/Terminal/screen/6baa25d2_824f_4d29_8dd3_f1361be4c409 env[19] *env 0x7fffeca47b27 140737163590439 PWD=/home/zrh1180800811/shiyan44 env[20] *env 0x7fffeca47b48 140737163590472 HOME=/home/zrh1180800811 env[21] *env 0x7fffeca47b61 140737163590497 JOURNAL_STREAM=9:51422 env[22] *env 0x7fffeca47b78 140737163590520 TEXTDOMAIN=im-config env[23] *env 0x7fffeca47b8d 140737163590541 SSH_AGENT_PID=1741 env[24] *env 0x7fffeca47ba0 140737163590560 QT_ACCESSIBILITY=1 env[25] *env 0x7fffeca47bb3 140737163590579 XDG_SESSION_TYPE=x11 env[26] *env 0x7fffeca47bc8 140737163590600 XDG_DATA_DIRS=/usr/share/ubuntu:/usr/local/share:/usr/share:/var/lib/snapd/desktop env[27] *env 0x7fffeca47c1b 140737163590683 XDG_SESSION_DESKTOP=ubuntu env[28] *env 0x7fffeca47c36 140737163590710 DBUS_STARTER_ADDRESS=unix:path=/run/user/1000/bus,guid=27b23190b25028168780b6775de2584d env[29] *env 0x7fffeca47c8e 140737163590798 GTK_MODULES=gail:atk-bridge env[30] *env 0x7fffeca47caa 140737163590826 WINDOWPATH=2 env[31] *env 0x7fffeca47cb7 140737163590839 TERM=xterm-256color env[32] *env 0x7fffeca47ccb 140737163590859 SHELL=/bin/bash env[33] *env 0x7fffeca47cdb 140737163590875 VTE_VERSION=5202 env[34] *env 0x7fffeca47cec 140737163590892 QT_IM_MODULE=fcitx env[35] *env 0x7fffeca47cff 140737163590911 XMODIFIERS=@im=fcitx env[36] *env 0x7fffeca47d14 140737163590932 IM_CONFIG_PHASE=2 env[37] *env 0x7fffeca47d26 140737163590950 DBUS_STARTER_BUS_TYPE=session env[38] *env 0x7fffeca47d44 140737163590980 XDG_CURRENT_DESKTOP=ubuntu:GNOME env[39] *env 0x7fffeca47d65 140737163591013 GPG_AGENT_INFO=/run/user/1000/gnupg/S.gpg-agent:0:1 env[40] *env 0x7fffeca47d99 140737163591065 GNOME_TERMINAL_SERVICE=:1.69 env[41] *env 0x7fffeca47db6 140737163591094 XDG_SEAT=seat0 env[42] *env 0x7fffeca47dc5 140737163591109 SHLVL=1 env[43] *env 0x7fffeca47dcd 140737163591117 GDMSESSION=ubuntu env[44] *env 0x7fffeca47ddf 140737163591135 GNOME_DESKTOP_SESSION_ID=this-is-deprecated env[45] *env 0x7fffeca47e0b 140737163591179 LOGNAME=zrh1180800811 env[46] *env 0x7fffeca47e21 140737163591201 DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS=unix:path=/run/user/1000/bus,guid=27b23190b25028168780b6775de2584d env[47] *env 0x7fffeca47e7d 140737163591293 XDG_RUNTIME_DIR=/run/user/1000 env[48] *env 0x7fffeca47e9c 140737163591324 XAUTHORITY=/run/user/1000/gdm/Xauthority env[49] *env 0x7fffeca47ec5 140737163591365 XDG_CONFIG_DIRS=/etc/xdg/xdg-ubuntu:/etc/xdg env[50] *env 0x7fffeca47ef2 140737163591410 PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/usr/local/games:/snap/bin env[51] *env 0x7fffeca47f5a 140737163591514 SESSION_MANAGER=local/ubuntu:@/tmp/.ICE-unix/1651,unix/ubuntu:/tmp/.ICE-unix/1651 env[52] *env 0x7fffeca47fac 140737163591596 LESSOPEN=| /usr/bin/lesspipe %s env[53] *env 0x7fffeca47fcc 140737163591628 GTK_IM_MODULE=fcitx env[54] *env 0x7fffeca47fe0 140737163591648
|
2.4请按顺序写出LinkAddress从开始执行到main前/后执行的子程序的名字。(gcc与objdump/GDB/EDB)（5分）
main执行前：
Breakpoint 1 at 0x400598
<function, no debug info> _init;
Breakpoint 2 at 0x4005d0
<function, no debug info> free@plt;
Breakpoint 3 at 0x4005e0
<function, no debug info> puts@plt;
Breakpoint 4 at 0x4005f0
<function, no debug info> __stack_chk_fail@plt;
Breakpoint 5 at 0x400600
<function, no debug info> printf@plt;
Breakpoint 6 at 0x400610
<function, no debug info> __libc_start_main@plt;
Breakpoint 7 at 0x400620
<function, no debug info> malloc@plt;
Breakpoint 8 at 0x400630
<function, no debug info> exit@plt;
Breakpoint 9 at 0x400650
<function, no debug info> _start;
Breakpoint 10 at 0x400680
<function, no debug info> deregister_tm_clones;
Breakpoint 11 at 0x4006c0
<function, no debug info> register_tm_clones;
Breakpoint 12 at 0x400700
<function, no debug info> __do_global_dtors_aux;
Breakpoint 13 at 0x400720
<function, no debug info> frame_dummy;
Breakpoint 14 at 0x40074a
<function, no debug info> show_pointer;
Breakpoint 15 at 0x40077b
<function, no debug info> useless;
main执行后：
Breakpoint 16 at 0x400786
<function, no debug info> main;
Breakpoint 17 at 0x400b10
<function, no debug info> __libc_csu_init;
Breakpoint 18 at 0x400b80
<function, no debug info> __libc_csu_fini;
Breakpoint 19 at 0x400b84
<function, no debug info> _fini;
第3章 各阶段的原理与方法
每阶段40分，phasex.o 20分，分析20分，总分不超过80分
程序运行结果截图：
分析与设计的过程：
首先
直接将main.o进行编译，得到linkbomb，运行之后显示如下截图
通过查看main的反汇编可以得出main函数的主要逻辑：判断phase是否为空，如果为空则打印上述输出字串，如果不为空则调用phase函数。
尝试将main.o与phase1.o进行链接，运行linkbomb后屏幕输出为：
可以看到这是一串没有什么特殊意义字符串。我们的目标就是将该字符串的前部替换为我们的学号，最终使屏幕输出我们的学号。
3.2 阶段2的分析
程序运行结果截图
分析与设计的过程：
首先将文件链接，gcc -m32 -o linkbomb2 main.o phase.o ，然后使用gdb对uorUhNQV函数进行调试。
do_phase函数结构如下：
分析strcmp函数，根据ppt给的提示，执行strcmp之前向栈中压入了两个参数，一个是MYID，另一个则是函数传入的参数。因此，整道题的逻辑就是，在do_phase函数的nop部栈，并且跳转到qmNFFwCm函数。
根据查询， call 0x804848f <__x86.get_pc_thunk.ax> 和add $0x1b24,%eax指令，实现了%eax指向_GLOBAL_OFFSET_TABLE，同样的 call 0x8048370 <__x86.get_pc_thunk.bx> 和add $0x1b61,%ebx 指令，实现了%ebx指向_GLOBAL_OFFSET_TABLE。
又因为%ebx之后还执行了lea -0x19fc(%ebx),%eax ，目的是重定位之后使%eax指向 .rodata ，因此在nop处填写的汇编代码中，需要同样的操作，使do_phase中%eax也指向 .rodata ，操作为lea -0x19fc(%eax),%eax 。
最后，我们需要使用相对寻址的方式，使do_phase 函数跳转到qmNFFwCm函数
对ELF文件的Section部分进行解析
objdump –s –d phase2.o > phase2.txt
查看phase2.txt的内容：
可知根据uorUhNQV的函数地址为0x5b5，而我们do_phase函数插入我们写的汇编代码后，执行lea -0x18b0(%eax),%eax时%eax的值为0x60c,分局二者的差值得0xffffffa6.因此可以写出汇编代码保存在getcode.s。
gcc -m32 -c getcode.s
objdump -d getcode.o > getcode.txt
得到
最后将得到的反汇编代码使用hexedit插入第一个nop处即可
再main.o与phase1.o进行链接，运行linkbomb1后屏幕输出为：
3.3 阶段3的分析
程序运行结果截图
分析与设计的过程：
获得数组名称
使用readelf确定PPT中所谓的PHASE3_CODEBOOK数组对应的名称。
readelf -a phase3.o > phase3.txt
得到：
可见，PHASE3_CODEBOOK的实际名称是QDwnxQFyLh。
这是因为QDwnxQFyLh已经在phase3.o中有了全局弱定义，所以必然存在于符号表.symtab中
分析do_phase结构
可见最终输出的字符存储在JmlRaMGuqe数组中，最终输出是使用cookie这个字符数组来进行寻址，cookie是已知不变的，所以我们的工作是：得到cookie数组，根据cookie数组构造JmlRaMGuqe数组，要求按照cookie的索引顺序在JmlRaMGuqe中依次填入自己的学号。
获得cookie数组
gcc -o linkbomb3 main.o phase3.o
得到linkbomb3，使用edb运行linkbomb3，点击运行，运行到main函数，然后单步运行到do_phase中的循环位置，如下：
得到我的cookie数组是moerdxakuc。
对应的ascall码为：109 111 101 114 100 120 97 107 117 99
因此我们只需要在字符数组cookie的字符所指向的JmlRaMGuqe数组的指定位置处 按顺序 填上自己的学号即可。
解释一下：比如我的cookie数组是moerdxakuc，正好10个对应我的10位学号，比如我要填第一个，‘m’对应ASCII码的109，所以我要使JmlRaMGuqe[109]=’1’。剩下的类似。其他地方随便填，我就用x填上了。
剩下的工作：在a.c中定义JmlRaMGuqe数组，
然后：
gcc -m32 -c a.c
gcc -m32 -o linkbomb3 main.o phase3.o a.o
3.4 阶段4的分析
程序运行结果截图：
分析与设计的过程：
3.5 阶段5的分析
程序运行结果截图：
分析与设计的过程：
第4章 总结
4.1 请总结本次实验的收获
通过这次实验，清楚地了解了链接这一章的知识。
学会使用readelf工具查看elf可重定位目标文件；
学会使用hexedit对 .o文件进行修改
掌握了链接过程中的符号解析和重定位的过程
掌握了可冲定位文件邻接成可执行目标文件的方法
4.2 请给出对本次实验内容的建议
建议老师讲的详细一点
注：本章为酌情加分项。
参考文献
为完成本次实验你翻阅的书籍与网站等
[1] 林来兴. 空间控制技术[M]. 北京：中国宇航出版社，1992：25-42.
[2] 辛希孟. 信息技术与信息服务国际研讨会论文集：A集[C]. 北京：中国科学出版社，1999.
[3] 赵耀东. 新时代的工业工程师[M/OL]. 台北：天下文化出版社，1998 [1998-09-26]. http://www.ie.nthu.edu.tw/info/ie.newie.htm（Big5）.
[4] 谌颖. 空间交会控制理论与方法研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学，1992：8-13.
[5] KANAMORI H. Shaking Without Quaking[J]. Science，1998，279（5359）：2063-2064.
[6] CHRISTINE M. Plant Physiology: Plant Biology in the Genome Era[J/OL]. Science，1998，281：331-332[1998-09-23]. http://www.sciencemag.org/cgi/ collection/anatmorp.
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