Lab1实验报告

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Lab1实验报告

思考题

Q1

实验中采用过的objdump为objdump -DS 要反汇编的目标文件名 > 导出文本文件名，通过执行man objdump查看参数含义为：

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-D：
disassemble the contents of all sections, not just those expected to contain instructions.
-S:
Display source code intermixed with disassembly, if possible.

发现-D是反汇编所有的section，-S为尽可能展示出反汇编汇合后的源代码。

执行如下代码，其中.c文件是 $Hello world$ 程序：

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mips-linux-gnu-gcc -c c_file.c
mips-linux-gnu-gcc -o c_file c_file.c
mips-linux-gnu-objdump -DS c_file.o > a.txt
mips-linux-gnu-objdump -DS c_file > b.txt

得到a.txt：

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c_file.o：     文件格式 elf32-tradbigmips


Disassembly of section .text:

00000000 <main>:
   0:   27bdffe0        addiu   sp,sp,-32
   4:   afbe001c        sw      s8,28(sp)
   8:   03a0f025        move    s8,sp
   c:   24020001        li      v0,1
  10:   afc20000        sw      v0,0(s8)
  14:   24020002        li      v0,2
  18:   afc20004        sw      v0,4(s8)
  1c:   8fc30000        lw      v1,0(s8)
  20:   8fc20004        lw      v0,4(s8)
  24:   00621021        addu    v0,v1,v0
  28:   afc20008        sw      v0,8(s8)
  2c:   8fc30000        lw      v1,0(s8)
  30:   8fc20004        lw      v0,4(s8)
  34:   00621023        subu    v0,v1,v0
  38:   afc2000c        sw      v0,12(s8)
  3c:   8fc30000        lw      v1,0(s8)
  40:   8fc20004        lw      v0,4(s8)
  44:   70621002        mul     v0,v1,v0
  48:   afc20010        sw      v0,16(s8)
  4c:   8fc30000        lw      v1,0(s8)
  50:   8fc20004        lw      v0,4(s8)
  54:   004001f4        teq     v0,zero,0x7
  58:   0062001a        div     zero,v1,v0
  5c:   00001010        mfhi    v0
  60:   00001012        mflo    v0
  64:   afc20014        sw      v0,20(s8)
  68:   00001025        move    v0,zero
  6c:   03c0e825        move    sp,s8
  70:   8fbe001c        lw      s8,28(sp)
  74:   27bd0020        addiu   sp,sp,32
  78:   03e00008        jr      ra
  7c:   00000000        nop

Disassembly of section .reginfo:

00000000 <.reginfo>:
   0:   e000000c        sc      zero,12(zero)
        ...

Disassembly of section .MIPS.abiflags:

00000000 <.MIPS.abiflags>:
   0:   00002002        srl     a0,zero,0x0
   4:   01010005        lsa     zero,t0,at,0x1
        ...

Disassembly of section .pdr:

00000000 <.pdr>:
   0:   00000000        nop
   4:   40000000        mfc0    zero,c0_index
   8:   fffffffc        0xfffffffc
        ...
  14:   00000020        add     zero,zero,zero
  18:   0000001e        0x1e
  1c:   0000001f        0x1f

Disassembly of section .comment:

00000000 <.comment>:
   0:   00474343        0x474343
   4:   3a202855        xori    zero,s1,0x2855
   8:   62756e74        0x62756e74
   c:   75203130        jalx    480c4c0 <main+0x480c4c0>
  10:   2e332e30        sltiu   s3,s1,11824
  14:   2d317562        sltiu   s1,t1,30050
  18:   756e7475        jalx    5b9d1d4 <main+0x5b9d1d4>
  1c:   31292031        andi    t1,t1,0x2031
  20:   302e332e        andi    t6,at,0x332e
  24:   地址 0x0000000000000024 越界。


Disassembly of section .gnu.attributes:

00000000 <.gnu.attributes>:
   0:   41000000        mftc0   zero,c0_index
   4:   0f676e75        jal     d9db9d4 <main+0xd9db9d4>
   8:   00010000        sll

部分b.txt如下：

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c_file：     文件格式 elf32-tradbigmips


Disassembly of section .interp:

00400194 <.interp>:
  400194:       2f6c6962        sltiu   t4,k1,26978
  400198:       2f6c642e        sltiu   t4,k1,25646
  40019c:       736f2e31        0x736f2e31
        ...

Disassembly of section .MIPS.abiflags:

004001a8 <.MIPS.abiflags>:
  4001a8:       00002002        srl     a0,zero,0x0
  4001ac:       01010005        lsa     zero,t0,at,0x1
        ...

Disassembly of section .reginfo:

004001c0 <.reginfo>:
  4001c0:       b20000f6        0xb20000f6
        ...
  4001d4:       00419010        0x419010

Disassembly of section .note.gnu.build-id:

004001d8 <.note.gnu.build-id>:
  4001d8:       00000004        sllv    zero,zero,zero
  4001dc:       00000014        0x14
  4001e0:       00000003        sra     zero,zero,0x0
  4001e4:       474e5500        bz.w    $w14,4155e8 <_end+0x4588>
  4001e8:       2dd459bb        sltiu   s4,t6,22971
  4001ec:       eb089062        swc2    $8,-28574(t8)
  4001f0:       d1251b25        0xd1251b25
  4001f4:       7ff6b1d7        0x7ff6b1d7
  4001f8:       5b89d35a        0x5b89d35a

Disassembly of section .note.ABI-tag:

004001fc <__abi_tag>:
  4001fc:       00000004        sllv    zero,zero,zero
  400200:       00000010        mfhi    zero
  400204:       00000001        movf    zero,zero,$fcc0
  400208:       474e5500        bz.w    $w14,41560c <_end+0x45ac>
  40020c:       00000000        nop
  400210:       00000003        sra     zero,zero,0x0
  400214:       00000002        srl     zero,zero,0x0
  400218:       00000000        nop

Disassembly of section .dynamic:

0040021c <_DYNAMIC>:
  40021c:       00000001        movf    zero,zero,$fcc0
  400220:       0000003d        0x3d
  400224:       0000000c        syscall
  400228:       00400490        0x400490
  40022c:       0000000d        break
  400230:       004007b0        tge     v0,zero,0x1e
  400234:       00000004        sllv    zero,zero,zero
  400238:       004002fc        0x4002fc
  40023c:       00000005        lsa     zero,zero,zero,0x1
  400240:       004003c4        0x4003c4
  400244:       00000006        srlv    zero,zero,zero
  400248:       00400334        teq     v0,zero,0xc
  40024c:       0000000a        movz    zero,zero,zero
  400250:       00000097        0x97
  400254:       0000000b        movn    zero,zero,zero
  400258:       00000010        mfhi    zero
  40025c:       70000016        udi6    zero,zero,zero,0x0
  400260:       00411010        0x411010
  400264:       70000035        0x70000035
  400268:       00010dac        0x10dac
  40026c:       00000015        0x15
  400270:       00000000        nop
  400274:       00000003        sra     zero,zero,0x0
  400278:       00411020        add     v0,v0,at
  40027c:       70000001        maddu   zero,zero
  400280:       00000001        movf    zero,zero,$fcc0
  400284:       70000005        msubu   zero,zero
  400288:       00000002        srl     zero,zero,0x0
  40028c:       70000006        0x70000006
  400290:       00400000        0x400000
  400294:       7000000a        0x7000000a
  400298:       00000006        srlv    zero,zero,zero
  40029c:       70000011        udi1    zero,zero,zero,0x0
  4002a0:       00000009        jalr    zero,zero
  4002a4:       70000012        udi2    zero,zero,zero,0x0
  4002a8:       0000001d        0x1d
  4002ac:       70000013        udi3    zero,zero,zero,0x0
  4002b0:       00000005        lsa     zero,zero,zero,0x1
  4002b4:       6ffffffe        0x6ffffffe
  4002b8:       00400470        tge     v0,zero,0x11
  4002bc:       6fffffff        0x6fffffff
  4002c0:       00000001        movf    zero,zero,$fcc0
  4002c4:       6ffffff0        0x6ffffff0
  4002c8:       0040045c        0x40045c
        ...

链接后的代码依旧十分体积庞大。

Q2

自己编写的readelf并不能编译自身，并且通过实验发现若执行gcc -o hello hello.c后，./readelf hello依旧无输出。通过使用自带的readelf -h指令来查看信息，能够得到如下结果：

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% 使用MAKEFILE中的指令生成的可执行文件hello %
ELF 头：
  Magic：   7f 45 4c 46 01 01 01 03 00 00 00 00 00 00 00 00 
  类别:                              ELF32
  数据:                              2 补码，小端序 (little endian)
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - GNU
  ABI 版本:                          0
  类型:                              EXEC (可执行文件)
  系统架构:                          Intel 80386
  版本:                              0x1
  入口点地址：               0x8049600
  程序头起点：          52 (bytes into file)
  Start of section headers:          746252 (bytes into file)
  标志：             0x0
  Size of this header:               52 (bytes)
  Size of program headers:           32 (bytes)
  Number of program headers:         8
  Size of section headers:           40 (bytes)
  Number of section headers:         35
  Section header string table index: 34
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% 使用gcc命令生成的可执行文件hello %
ELF 头：
  Magic：   7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 
  类别:                              ELF64
  数据:                              2 补码，小端序 (little endian)
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - System V
  ABI 版本:                          0
  类型:                              DYN (Position-Independent Executable file)
  系统架构:                          Advanced Micro Devices X86-64
  版本:                              0x1
  入口点地址：               0x1060
  程序头起点：          64 (bytes into file)
  Start of section headers:          13976 (bytes into file)
  标志：             0x0
  Size of this header:               64 (bytes)
  Size of program headers:           56 (bytes)
  Number of program headers:         13
  Size of section headers:           64 (bytes)
  Number of section headers:         31
  Section header string table index: 30

发现二者的文件类型一个为ELF32一个为ELF64。因此初步推断自己编写的只能解析ELF32类型的文件。

因为其不能编译自身，因此查看编写的readelf信息如下：

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20
ELF 头：
  Magic：   7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 
  类别:                              ELF64
  数据:                              2 补码，小端序 (little endian)
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - System V
  ABI 版本:                          0
  类型:                              DYN (Position-Independent Executable file)
  系统架构:                          Advanced Micro Devices X86-64
  版本:                              0x1
  入口点地址：               0x1180
  程序头起点：          64 (bytes into file)
  Start of section headers:          14488 (bytes into file)
  标志：             0x0
  Size of this header:               64 (bytes)
  Size of program headers:           56 (bytes)
  Number of program headers:         13
  Size of section headers:           64 (bytes)
  Number of section headers:         31
  Section header string table index: 30

发现其依旧为ELF64类型。因此验证了上述猜想——我们编写的 readelf 程序无法解析ELF64类型文件。

Q3

在内核启动时，首先进行硬件设备初始化，通过ROM中的bootloader执行。在第二阶段中，在ROM中初始化，读取载入内核。此时要执行引导程序，它能够将内核载入内存并跳转，从而保证内核入库能够被正确跳转到。

实验难点

  1. shdr的计算

    1
    shdr = (Elf32_Shdr *)(binary + ehdr->e_shoff + i * sh_entry_size);

    基地址加上ehdr->e_shoff，得到整个section的头地址，再加上偏移i个section得到每一个段对应的首地址。

    值得注意的是，数据类型要转换成Shdr的指针。尽管指针指向的地址都是一些数字，但是因为数据类型不同，因此对地址的结息方式不同，因此一定要转化数据类型。

  1. 将节装填到对应位置

    通过阅读内存布局图，能够找到text的基地址为0x80010000，在找到这个位置后，后续的data以及bss顺序分配空间即可。

    1
    2
    3
    4
    . = 0x80010000 ;
    .text : { *(.text) }
    .data : { *(.data) }
    .bss : { *(.bss) }

  1. $sp指针的初始位置

    因此设置指向0x80400000即可

    1
    li sp, 0x80400000

  1. 注意printk()参数的初始化

    这个不算是难点，但是很容易忽略。我在起初编写就因为没有初始化而导致输出错误，且找了很久才找到这个问题。

心得体会

本次Lab的难度我个人感觉要高于Lab0，知识难度以及知识内容都要难理解且更多。对我个人而言，我认为printk()函数是这个任务中相对简单的，可能是因为我有一定的C语言基础。

而难点我认为是ELF结构的阅读理解。通过查看教程书中的表，理解段与节引用的地方一致但用处不同后，便能够对ELF有更好的认识。

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