[개발 도구] objdump

글의 참고

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글의 전제

- 내가 글을 쓰다가 궁금한 점은 파란색 볼드체로 표현했다. 나도 모르기 때문에 나중에 알아봐야 할 내용이라는 뜻이다.

- 밑줄로 작성된 글은 좀 더 긴 설명이 필요해서 친 것이다. 그러므로, 밑 줄 처친 글이 이해가 안간다면 링크를 따라서 관련 내용을 공부하자.

- `글의 참조`에서 빨간색 볼드체로 체크된 링크는 이 글을 작성하면 가장 많이 참조한 링크다.

- `운영체제 만들기` 파트에서 퍼온 모든 참조 글들과 그림은 반드시 `이 글과 그림을 소스 코드로 어떻게 구현을 해야할까` 라는 생각으로 정말 심도있게 잠시 멈춰서 생각해봐야 실력이 발전한다.

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글의 내용

 

 - 개요

" 리눅스 환경에서 OS 개발시에 디버깅을 위해서 어셈블리 파일을 ELF로 빌드하기 위해 DWARF 정보를 삽입한다. 이 DWARF는 ELF 파일을 디버깅 정보의 표준 포맷과 같은 스펙이다. DWARF 정보를 집어넣기 위해서는 대개는 GNU 빈유틸리티들은 `-g` 옵션을 통해 이 기능을 제공한다. 뒤에 숫자가 붙는 경우가 있는데, 그건 DWARF의 버전을 의미한다. 예를 들어, `-g3` 및 `-g4` 등이 있다.

 

" 이 DWARF 정보를 기반으로 objdump, readelf, nm, size 등 많은 유틸리티들이 동작한다.

 

" 나는 objdump를 통해서 대개 많은 일을 하지만 주로 2가지가 아주 기본이다.

1" 파일의 시작 주소 파악
2" `objdump -d`를 통해 실행 코드 파악

" 대개 GDB와 함께 주로 objdump를 함께 많이 이용한다.

 

 

 - 옵션

: objdump -M

" 아무 옵션없이 objdump로 역어셈블리를 하면, AT&T 문법을 보여준다. 인텔을 보고싶다면 `-M intel`을 추가하자.

$ objdump -d pbl.o  pbl.o:     file format elf32-i386 Disassembly of section .text: 00000000 <_pbl_start>:    0: 66 b8 20 00           mov    $0x20,%ax    4: 66 b9 10 00           mov    $0x10,%cx    8: eb fe                 jmp    8 <_pbl_start+0x8>

$ objdump -M intel -d pbl.o  pbl.o:     file format elf32-i386 Disassembly of section .text: 00000000 <_pbl_start>:    0: 66 b8 20 00           mov    ax,0x20    4: 66 b9 10 00           mov    cx,0x10    8: eb fe                 jmp    8 <_pbl_start+0x8>

 

 

: objdump -f

" 헤더의 내용을 보여준다. `stat address`에 집중하자. `start address`는 말 그대로 해당 파일의 시작지점을 의미한다. 아래의 `objdump -d`에서 0x00000000번지에 `<_pbl_start>` 심볼이 있는 것을 알 수 있다. 즉, pbl.o 파일의 시작은 `<_pbl_start>:0x00000000`이다.

$ objdump -f pbl.o 

pbl.o:     file format elf32-i386
architecture: i386, flags 0x00000011:
HAS_RELOC, HAS_SYMS
start address 0x00000000

 

 

: objdump -d

" 텍스트 섹션만 보여준다. 이 내용을 코드의 흐름을 알 수 있다. 굉장히 자주 쓰인다. 4바이트가 증가되고 있는 것을 알 수 있다. 

$ objdump -d pbl.o 

pbl.o:     file format elf32-i386


Disassembly of section .text:

00000000 <_pbl_start>:
   0:	66 b8 20 00          	mov    $0x20,%ax
   4:	66 b9 10 00          	mov    $0x10,%cx
   8:	eb fe                	jmp    8 <_pbl_start+0x8>

: 처음 명령어는 `mov $0x20, %ax`이다. 이 명령어의 주소는 0x00000000이다. 그리고 나서 `mov $0x10, %cx` 명령어의 주소는 0x00000004인 것을 알 수 있다. 

 

 

: objdump -D

" 해당 파일의 모든 섹션들을 보여준다. 디버깅 섹션까지 모두 보여준다. 위에 `objdump -d pbl.o`과 비교해보자. 동일한 파일을 옵션만 달리한 것이다.

$ objdump -D pbl.o 

pbl.o:     file format elf32-i386


Disassembly of section .text:

00000000 <_pbl_start>:
   0:	66 b8 20 00          	mov    $0x20,%ax
   4:	66 b9 10 00          	mov    $0x10,%cx
   8:	eb fe                	jmp    8 <_pbl_start+0x8>

Disassembly of section .debug_aranges:

00000000 <.debug_aranges>:
   0:	1c 00                	sbb    $0x0,%al
   2:	00 00                	add    %al,(%eax)
   4:	02 00                	add    (%eax),%al
   6:	00 00                	add    %al,(%eax)
   8:	00 00                	add    %al,(%eax)
   a:	04 00                	add    $0x0,%al
	...
  14:	0a 00                	or     (%eax),%al
	...

Disassembly of section .debug_info:

00000000 <.debug_info>:
   0:	8c 00                	mov    %es,(%eax)
   2:	00 00                	add    %al,(%eax)
   4:	02 00                	add    (%eax),%al
   6:	00 00                	add    %al,(%eax)
   8:	00 00                	add    %al,(%eax)
   a:	04 01                	add    $0x1,%al
   c:	00 00                	add    %al,(%eax)
   e:	00 00                	add    %al,(%eax)
  10:	0a 00                	or     (%eax),%al
  12:	00 00                	add    %al,(%eax)
  14:	00 00                	add    %al,(%eax)
  16:	00 00                	add    %al,(%eax)
  18:	70 62                	jo     7c <.debug_info+0x7c>
  1a:	6c                   	insb   (%dx),%es:(%edi) 
  ...
  ...
  ...

: 각 섹션마다 시작 주소는 0부터 시작이기 때문에, 각 섹션의 시작 심볼들()이 0x00000000(<_pbl_start>, <.debug_aranges>, <.debug_info>)을 차지한다. 

 

- 디버깅

: 예제 1

" 아래는 QEMU에서 #GP(0x0D)가 발생한 에러다. #GP는 대개 접근하면 안되는 메모리 영역에 접근할 때, 발생한다.

check_exception old: 0xffffffff new 0xd      1: v=0d e=0000 i=0 cpl=0 IP=0018:ffffffff80106843 pc=ffffffff80106843 SP=0020:000000000004ee80 env->regs[R_EAX]=6c5b5d73253a665b RAX=6c5b5d73253a665b RBX=000000000000000d RCX=ffffffff80107090 RDX=0000000000000000 RSI=0000000000000000 RDI=6c5b5d73253a665b RBP=000000000004ee80 RSP=000000000004ee80 R8 =0000000000000000 R9 =0000000000000000 R10=0000000000000000 R11=0000000000000000 R12=0000000000000000 R13=0000000000000000 R14=0000000000000000 R15=0000000000000000 RIP=ffffffff80106843 RFL=00200002 [-------] CPL=0 II=0 A20=1 SMM=0 HLT=0 ES =0020 0000000000000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA] CS =0018 0000000000000000 ffffffff 00af9a00 DPL=0 CS64 [-R-] SS =0020 0000000000000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA] DS =0020 0000000000000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA] FS =0020 0000000000000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA] GS =0020 0000000000000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA] LDT=0000 0000000000000000 0000ffff 00008200 DPL=0 LDT TR =0000 0000000000000000 0000ffff 00008b00 DPL=0 TSS64-busy GDT=     0000000000007f4b 00000028 IDT=     000000000001b010 000007ff CR0=80000011 CR2=0000000000000000 CR3=0000000000101000 CR4=00000020 DR0=0000000000000000 DR1=0000000000000000 DR2=0000000000000000 DR3=0000000000000000  DR6=00000000ffff0ff0 DR7=0000000000000400 CCS=0000000000000000 CCD=6c5b5d73253a665b CCO=EFLAGS   EFER=0000000000000500 check_exception old: 0xd new 0xd      2: v=08 e=0000 i=0 cpl=0 IP=0018:ffffffff80106843 pc=ffffffff80106843 SP=0020:000000000004ee80 env->regs[R_EAX]=6c5b5d73253a665b RAX=6c5b5d73253a665b RBX=000000000000000d RCX=ffffffff80107090 RDX=0000000000000000 RSI=0000000000000000 RDI=6c5b5d73253a665b RBP=000000000004ee80 RSP=000000000004ee80 R8 =0000000000000000 R9 =0000000000000000 R10=0000000000000000 R11=0000000000000000 R12=0000000000000000 R13=0000000000000000 R14=0000000000000000 R15=0000000000000000 RIP=ffffffff80106843 RFL=00200002 [-------] CPL=0 II=0 A20=1 SMM=0 HLT=0 ES =0020 0000000000000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA] CS =0018 0000000000000000 ffffffff 00af9a00 DPL=0 CS64 [-R-] SS =0020 0000000000000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA] DS =0020 0000000000000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA] FS =0020 0000000000000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA] GS =0020 0000000000000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA] LDT=0000 0000000000000000 0000ffff 00008200 DPL=0 LDT TR =0000 0000000000000000 0000ffff 00008b00 DPL=0 TSS64-busy GDT=     0000000000007f4b 00000028 IDT=     000000000001b010 000007ff CR0=80000011 CR2=0000000000000000 CR3=0000000000101000 CR4=00000020 DR0=0000000000000000 DR1=0000000000000000 DR2=0000000000000000 DR3=0000000000000000  DR6=00000000ffff0ff0 DR7=0000000000000400 CCS=0000000000000000 CCD=6c5b5d73253a665b CCO=EFLAGS   EFER=0000000000000500

" 인터럽트 벡터는 0x0D로 `General Protecton Fault`다. 에러 코드는 e=0x0000이다. 에러 코드의 해석은 이 글을 참조하자. 중요한 건 IP 및 PC다(사실 에러 코드가 더 중요하다). 이제 `objdump`를 통해서 커널 이미지에서 `ffffffff80106843` 가 어디에 있는지 확인하면 된다.

 

ffffffff80106801 <strlen>: ffffffff80106801: 55                    push   %rbp ffffffff80106802: 48 89 e5              mov    %rsp,%rbp ffffffff80106805: 48 89 7d e8           mov    %rdi,-0x18(%rbp) ffffffff80106809: c7 45 fc 00 00 00 00  movl   $0x0,-0x4(%rbp) ffffffff80106810: c7 45 f8 00 00 00 00  movl   $0x0,-0x8(%rbp) ffffffff80106817: 48 83 7d e8 00        cmpq   $0x0,-0x18(%rbp) ffffffff8010681c: 75 07                 jne    ffffffff80106825 <strlen+0x24> ffffffff8010681e: b8 00 00 00 00        mov    $0x0,%eax ffffffff80106823: eb 38                 jmp    ffffffff8010685d <strlen+0x5c> ffffffff80106825: c7 45 f8 00 00 00 00  movl   $0x0,-0x8(%rbp) ffffffff8010682c: eb 08                 jmp    ffffffff80106836 <strlen+0x35> ffffffff8010682e: 83 45 fc 01           addl   $0x1,-0x4(%rbp) ffffffff80106832: 83 45 f8 01           addl   $0x1,-0x8(%rbp) ffffffff80106836: 8b 45 fc              mov    -0x4(%rbp),%eax ffffffff80106839: 48 63 d0              movslq %eax,%rdx ffffffff8010683c: 48 8b 45 e8           mov    -0x18(%rbp),%rax ffffffff80106840: 48 01 d0              add    %rdx,%rax ffffffff80106843: 0f b6 00              movzbl (%rax),%eax ffffffff80106846: 84 c0                 test   %al,%al ffffffff80106848: 75 e4                 jne    ffffffff8010682e <strlen+0x2d> ffffffff8010684a: 81 7d fc ff ff ff 7f  cmpl   $0x7fffffff,-0x4(%rbp) ffffffff80106851: 74 05                 je     ffffffff80106858 <strlen+0x57> ffffffff80106853: 8b 45 fc              mov    -0x4(%rbp),%eax ffffffff80106856: eb 05                 jmp    ffffffff8010685d <strlen+0x5c> ffffffff80106858: b8 00 00 00 00        mov    $0x0,%eax ffffffff8010685d: 5d                    pop    %rbp ffffffff8010685e: c3                    retq

"`strlen` 함수에서 발생한 에러다. 이제 저 함수에 브레이킹 포인트를 걸고 에러가 발생하기를 기다리면 된다.

 

: 예제 2

" 아래의 에러는 왜 발생했을까?

check_exception old: 0xffffffff new 0xe      1: v=0e e=0002 i=0 cpl=0 IP=0018:ffffffff80106019 pc=ffffffff80106019 SP=0020:0000000000600000 CR2=00000000005ffff8 RAX=0000000000000020 RBX=000000000000000d RCX=00000000c0000080 RDX=0000000000000000 RSI=000000000000000a RDI=0000000000000000 RBP=0000000000600000 RSP=0000000000600000 R8 =0000000000000000 R9 =0000000000000000 R10=0000000000000000 R11=0000000000000000 R12=0000000000000000 R13=0000000000000000 R14=0000000000000000 R15=0000000000000000 RIP=ffffffff80106019 RFL=00200086 [--S--P-] CPL=0 II=0 A20=1 SMM=0 HLT=0 ES =0020 0000000000000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA] CS =0018 0000000000000000 ffffffff 00af9a00 DPL=0 CS64 [-R-] SS =0020 0000000000000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA] DS =0020 0000000000000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA] FS =0020 0000000000000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA] GS =0020 0000000000000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA] LDT=0000 0000000000000000 0000ffff 00008200 DPL=0 LDT TR =0000 0000000000000000 0000ffff 00008b00 DPL=0 TSS64-busy GDT=     0000000000007f4b 00000028 IDT=     000000000001b010 000007ff CR0=80000011 CR2=00000000005ffff8 CR3=0000000000101000 CR4=00000020 DR0=0000000000000000 DR1=0000000000000000 DR2=0000000000000000 DR3=0000000000000000  DR6=00000000ffff0ff0 DR7=0000000000000400 CCS=0000000000000010 CCD=ffffffff80000011 CCO=LOGICL   EFER=0000000000000500 check_exception old: 0xe new 0xd      2: v=08 e=0000 i=0 cpl=0 IP=0018:ffffffff80106019 pc=ffffffff80106019 SP=0020:0000000000600000 env->regs[R_EAX]=0000000000000020 RAX=0000000000000020 RBX=000000000000000d RCX=00000000c0000080 RDX=0000000000000000 RSI=000000000000000a RDI=0000000000000000 RBP=0000000000600000 RSP=0000000000600000 R8 =0000000000000000 R9 =0000000000000000 R10=0000000000000000 R11=0000000000000000 R12=0000000000000000 R13=0000000000000000 R14=0000000000000000 R15=0000000000000000 RIP=ffffffff80106019 RFL=00200086 [--S--P-] CPL=0 II=0 A20=1 SMM=0 HLT=0 ES =0020 0000000000000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA] CS =0018 0000000000000000 ffffffff 00af9a00 DPL=0 CS64 [-R-] SS =0020 0000000000000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA] DS =0020 0000000000000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA] FS =0020 0000000000000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA] GS =0020 0000000000000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA] LDT=0000 0000000000000000 0000ffff 00008200 DPL=0 LDT TR =0000 0000000000000000 0000ffff 00008b00 DPL=0 TSS64-busy GDT=     0000000000007f4b 00000028 IDT=     000000000001b010 000007ff CR0=80000011 CR2=00000000005ffff8 CR3=0000000000101000 CR4=00000020 DR0=0000000000000000 DR1=0000000000000000 DR2=0000000000000000 DR3=0000000000000000  DR6=00000000ffff0ff0 DR7=0000000000000400 CCS=0000000000000010 CCD=ffffffff80000011 CCO=LOGICL   EFER=0000000000000500 check_exception old: 0x8 new 0xd

: 인터럽트 벡터 `0x0E`면, x86 기준 `페이지 폴트`에러다. #PF는 에러 코드보다 `CR2`의 값이 더 중요하다. #PF가 발생했다는 것은 페이징이 활성화됬다는 것임을 의미한다. 그리고, `CR2`는 어디에 접근하려다가 #PF가 발생했는지를 말해준다. `CR2`의 값은 가상 주소다. 추측이지만, `0xffffffff80106019`를 실행했는데, 이 가상 주소의 매핑이 `0x00000000005ffff8` 물리 주소로 매핑되었을 확률이 높다. 제일 먼저 봐야하는 부분은 `0xffffffff80106019` 가상 주소가 `0x00000000005ffff8` 물리 주소로 매핑되는게 맞는지 부터 확인해봐야 한다. 즉, 의도한 것인지 맞는지부터 확인해야 한다.

 

: 일단, `ffffffff80106019` 주소에 뭐가 있는지를 objdump로 확인해보자.

Disassembly of section .text: ffffffff80106000 <_lenter>: ffffffff80106000: b8 20 00 00 00        mov    $0x20,%eax ffffffff80106005: 8e d8                 mov    %eax,%ds ffffffff80106007: 8e c0                 mov    %eax,%es ffffffff80106009: 8e e0                 mov    %eax,%fs ffffffff8010600b: 8e e8                 mov    %eax,%gs ffffffff8010600d: 8e d0                 mov    %eax,%ss ffffffff8010600f: bd 00 00 60 00        mov    $0x600000,%ebp ffffffff80106014: bc 00 00 60 00        mov    $0x600000,%esp ffffffff80106019: e8 49 0b 00 00        callq  ffffffff80106b67 <main> ffffffff8010601e <itoa>: ffffffff8010601e: 55                    push   %rbp ffffffff8010601f: 48 89 e5              mov    %rsp,%rbp ffffffff80106022: 48 83 ec 30           sub    $0x30,%rsp ffffffff80106026: 89 7d dc              mov    %edi,-0x24(%rbp) ffffffff80106029: 48 89 75 d0           mov    %rsi,-0x30(%rbp) ffffffff8010602d: c7 45 fc 00 00 00 00  movl   $0x0,-0x4(%rbp) ffffffff80106034: 8b 45 dc              mov    -0x24(%rbp),%eax ffffffff80106037: 89 45 f8              mov    %eax,-0x8(%rbp) ffffffff8010603a: 83 7d f8 00           cmpl   $0x0,-0x8(%rbp) ffffffff8010603e: 79 08                 jns    ffffffff80106048 <itoa+0x2a> ffffffff80106040: 8b 45 dc              mov    -0x24(%rbp),%eax ffffffff80106043: f7 d8                 neg    %eax ffffffff80106045: 89 45 f8              mov    %eax,-0x8(%rbp)

: `main` 함수를 호출하다가 발생한 에러다.

 

 

: 예제 3

" 아래 코드를 NASM으로 빌드하고 `objdump -d`를 통해 확인하면, eax 레지스터의 값은 몇일까? 참고로, 80286부터는 16비트 환경에서도 32비트 레지스터(접두사 `E` 레지스터)들을 사용할 수 있게됬다. 

%ifndef _FBL_ASM_
%define _FBL_ASM_
[BITS 16] 

; VGA 
VGA_TEST_BASE equ 0xB800
VGA_LINE_BYTES equ 160

; Memory
STACK_TOP equ 0x7C00 

; BIOS INT
BIOS_READ_SECS		equ 0x02
BIOS_READ_DISK_INFO	equ 0x08

; Disk
DISK_SBL_SECS equ 4

extern _sbl_start
global vga_rows

SECTION .text      
jmp 0x0000:_fbl_start

_fbl_start:
	cli						; Disable interrupt	

	mov byte [drive_number], dl	; set drive number

        mov eax, 0x100000
...

: 정답은 `0`이다. 왜? `[BITS 16]` 때문에 NASM이 모든 코드를 16비트로 빌드해버린다. 이런 문제는 사실 GDB로 디버깅을 해도 알 수가 없다. 왜? GDB는 16비트를 인지하지 못하기 때문이다. 참고로, `BOCHS`를 쓰면 바로 알 수 있다.