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Linux下分析bin文件的10种方法


二进制文件是我们几乎每天都需要打交道的文件类型,但很少人知道他们的工作原理。这里所讲的二进制文件,是指一些可执行文件,包括你天天要使用的 Linux 命令,也是二进制文件的一种。

Linux 系统给我们提供了非常多用于分析二进制文件的工具,不管你在 Linux 下从事的是何种工作,知道这些工具也会让你对你的系统更加了解。

在本文中,将介绍几种最常用的用于分析二进制文件的工具及命令,这些工具在大部分发行版里可以直接使用,如果不能直接用的话,可以自行安装。

file

file 命令用于分析文件的类型。

如果你需要分析二进制文件,可以首先使用 file 命令来切入。我们知道,在 Linux 下,一切皆文件,但并不是所有的文件都具有可执行性,我们还有各种各样的文件,比如:文本文件,管道文件,链接文件,socket文件,等等。

在对一个文件进行分析之前,我们可以首先使用 file 命令来分析它们的类型。当然除此之外,我们还可以看到一些其它信息。


  1. $ file /bin/pwd 
  2. /bin/pwd: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), for GNU/Linux 2.6.32, BuildID[sha1]=0d264bacf2adc568f0e21cbcc9576df434c44380, stripped 

ldd

ldd 命令可以用于分析可执行文件的依赖。

我们使用 file 命令来分析一个可执行文件的时候,有时候可以看到输出中有 dynamically linked 这样的字眼。这个是啥意思呢?

大部分程序,都会使用到第三方库,这样就可以不用重复造轮子,节约大量时间。最简单的,我们写C程序代码的话,肯定会使用到 libc 或者 glibc 库。当然,除此之外,还可能使用其它的库。

那我们在什么情况下需要分析程序的依赖库呢?有一个场景大家肯定经历过。你去你同事那边拷备他写好的程序放到自己的环境下运行,有时候可能会跑不起来。当然跑不起来的原因可能很多,但其中一个原因可能就是缺少对应的依赖库。

这时候,ldd 就派上用场了。它可以分析程序需要一些什么依赖库,你只要把对应的库放在对应的位置就可以了。


  1. $ ldd /bin/pwd 
  2.         linux-vdso.so.1 =>  (0x00007ffeb73e5000) 
  3.         libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007f908b321000) 
  4.         /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f908b6ef000) 

ltrace

ltrace的功能是能够跟踪进程的库函数调用。

我们可以使用 ldd 命令来找到程序的依赖库,但是,一个库里少则几个,多则几千个函数,怎么知道现在程序调用的是什么函数呢?

ltrace 命令就是用来做这个事的。在下面的例子里,我们可以看到程序调用的函数,以及传递进去的参数,同时你也可以看到函数调用的输出。


  1. $ ltrace /bin/pwd 
  2. __libc_start_main(0x401760, 1, 0x7ffff6524cc8, 0x404a00 <unfinished ...> 
  3. getenv("POSIXLY_CORRECT")                        = nil 
  4. strrchr("/bin/pwd", '/')                         = "/pwd" 
  5. setlocale(LC_ALL, "")                            = "en_US.utf8" 
  6. bindtextdomain("coreutils", "/usr/share/locale") = "/usr/share/locale" 
  7. textdomain("coreutils")                          = "coreutils" 
  8. __cxa_atexit(0x4022f0, 0, 0, 0x736c6974756572)   = 0 
  9. getopt_long(1, 0x7ffff6524cc8, "LP", 0x606d00, nil) = -1 
  10. getcwd(nil, 0)                                   = "" 
  11. puts("/home/alvin"/home/alvin 
  12. )                              = 12 
  13. free(0x22bc030)                                  = <void> 
  14. exit(0 <unfinished ...> 
  15. __fpending(0x7f3048865400, 0, 64, 0x7f3048865eb0) = 0 
  16. fileno(0x7f3048865400)                           = 1 
  17. __freading(0x7f3048865400, 0, 64, 0x7f3048865eb0) = 0 
  18. __freading(0x7f3048865400, 0, 2052, 0x7f3048865eb0) = 0 
  19. fflush(0x7f3048865400)                           = 0 
  20. fclose(0x7f3048865400)                           = 0 
  21. __fpending(0x7f30488651c0, 0, 3328, 0xfbad000c)  = 0 
  22. fileno(0x7f30488651c0)                           = 2 
  23. __freading(0x7f30488651c0, 0, 3328, 0xfbad000c)  = 0 
  24. __freading(0x7f30488651c0, 0, 4, 0xfbad000c)     = 0 
  25. fflush(0x7f30488651c0)                           = 0 
  26. fclose(0x7f30488651c0)                           = 0 
  27. +++ exited (status 0) +++ 

strace

strace 命令可以用于追踪程序运行过程中的系统调用及信号。

通过上面的介绍,我们知道 ltrace 命令是用来追踪函数调用的。strace 命令类似,但它追踪的是系统调用。何为系统调用?简单说就是我们可以通过系统调用与内核进行交互,完成我们想要的任务。

例如,如果我们想在屏幕上打印某些字符,可以使用 printf 或 puts 函数,而这两个都是 libc 的库函数,在更底层,他们都是调用 write 这个系统调用。


  1. $ strace -f /bin/pwd 
  2. execve("/bin/pwd", ["/bin/pwd"], [/* 24 vars */]) = 0 
  3. brk(NULL)                               = 0xbc9000 
  4. mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f918ba69000 
  5. access("/etc/ld.so.preload", R_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory) 
  6. open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3 
  7. fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=38684, ...}) = 0 
  8. mmap(NULL, 38684, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0x7f918ba5f000 
  9. close(3)                                = 0 
  10. open("/lib64/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3 
  11. read(3, "\177ELF\2\1\1\3\0\0\0\0\0\0\0\0\3\0>\0\1\0\0\0\20&\2\0\0\0\0\0"..., 832) = 832 
  12. fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=2156160, ...}) = 0 
  13. mmap(NULL, 3985888, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0x7f918b47b000 
  14. mprotect(0x7f918b63e000, 2097152, PROT_NONE) = 0 
  15. mmap(0x7f918b83e000, 24576, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x1c3000) = 0x7f918b83e000 
  16. mmap(0x7f918b844000, 16864, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f918b844000 
  17. close(3)  
  18. ………… 
  19. +++ exited with 0 +++ 

hexdump

hexdump 命令用来查看二进制文件的 16 进制编码,但实际它能查看任何文件,而不限于二进制文件。

一个二进制文件,如果你直接使用文本编辑器打开的话,将看到一堆乱码。这时候,你就可以使用 hexdump 命令来查看它的内容了。

hexdump 的显示格式是:左边是字节序号,中间是文件的 16 进制编码,如果是可打印字符的话就会显示在右边。

通过使用这个命令,我们就可以大概知道这个二进制文件里面有什么内容,后面要做什么处理就比较方便了。


  1. $ hexdump -C /bin/pwd | head 
  2. 00000000  7f 45 4c 46 02 01 01 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |.ELF............| 
  3. 00000010  02 00 3e 00 01 00 00 00  17 19 40 00 00 00 00 00  |..>.......@.....| 
  4. 00000020  40 00 00 00 00 00 00 00  50 7a 00 00 00 00 00 00  |@.......Pz......| 
  5. 00000030  00 00 00 00 40 00 38 00  09 00 40 00 1e 00 1d 00  |....@.8...@.....| 
  6. 00000040  06 00 00 00 05 00 00 00  40 00 00 00 00 00 00 00  |........@.......| 
  7. 00000050  40 00 40 00 00 00 00 00  40 00 40 00 00 00 00 00  |@.@.....@.@.....| 
  8. 00000060  f8 01 00 00 00 00 00 00  f8 01 00 00 00 00 00 00  |................| 
  9. 00000070  08 00 00 00 00 00 00 00  03 00 00 00 04 00 00 00  |................| 
  10. 00000080  38 02 00 00 00 00 00 00  38 02 40 00 00 00 00 00  |8.......8.@.....| 
  11. 00000090  38 02 40 00 00 00 00 00  1c 00 00 00 00 00 00 00  |8.@.............| 

strings

strings 命令可以用来打印二进制文件中可显示的字符。

什么是可显示字符?简单说你在显示器上看到的字符都是可显示字符,比如:abcABC,.:。

我们知道,一个二进制文件里面的内容很多是非显示字符,所以无法直接用文本处理器打开。程序在被开发的时候,我们经常会加一些调试信息,比如:debug log, warn log, error log,等等。这些信息我们就可以使用 strings 命令看得到。


  1. $ strings /bin/pwd | head 
  2. /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 
  3. libc.so.6 
  4. fflush 
  5. strcpy 
  6. __printf_chk 
  7. readdir 
  8. setlocale 
  9. mbrtowc 
  10. strncmp 
  11. optind 

readelf

readelf 一般用于查看 ELF 格式的文件信息。

ELF(Executable and Linkable Format)即可执行连接文件格式,是一种比较复杂的文件格式,但其应用广泛。当你使用 file 命令发现某个文件是 ELF 文件时,你就可以使用 readelf 命令来读取这个文件的信息。


  1. $ readelf -h /bin/pwd 
  2. ELF Header: 
  3.   Magic:   7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 
  4.   Class:                             ELF64 
  5.   Data:                              2's complement, little endian 
  6.   Version:                           1 (current) 
  7.   OS/ABI:                            UNIX - System V 
  8.   ABI Version:                       0 
  9.   Type:                              EXEC (Executable file) 
  10.   Machine:                           Advanced Micro Devices X86-64 
  11.   Version:                           0x1 
  12.   Entry point address:               0x401917 
  13.   Start of program headers:          64 (bytes into file) 
  14.   Start of section headers:          31312 (bytes into file) 
  15.   Flags:                             0x0 
  16.   Size of this header:               64 (bytes) 
  17.   Size of program headers:           56 (bytes) 
  18.   Number of program headers:         9 
  19.   Size of section headers:           64 (bytes) 
  20.   Number of section headers:         30 
  21.   Section header string table index: 29 

objdump

objdump是用查看目标文件或者可执行的目标文件的构成的GCC工具。

我们知道,程序在开发完成之后,需要经过编译,才可以生成计算机可以识别的二进制文件。我们写的代码计算机不能直接执行,需要编译成汇编程序,计算机才能依次执行。

objdump 命令可以读取可执行文件,然后将汇编指令打印出来。所以如果你想看懂 objdump 的结果,你就需要有一些汇编基础才可以。


  1. $ objdump -d /bin/pwd | head 
  2.  
  3. /bin/pwd:     file format elf64-x86-64 
  4.  
  5.  
  6. Disassembly of section .init: 
  7.  
  8. 0000000000401350 <.init>
  9.   401350:       48 83 ec 08             sub    $0x8,%rsp 
  10.   401354:       48 8b 05 6d 5c 20 00    mov    0x205c6d(%rip),%rax        # 606fc8 <__ctype_b_loc@plt+0x205878> 
  11.   40135b:       48 85 c0                test   %rax,%rax 

nm

nm命令主要是列出目标文件的符号(说白了就是一些函数和全局变量等)。

如果你编译出来的程序没有经过 strip ,那么 nm 命令可以挖掘出隐含在可执行文件中的重大秘密。它可以帮你列出文件中的变量及函数,这对于我们进行反向操作具有重大意义。

下面我们通过一小段简单的程序来讲解 nm 命令的用途。在编译这个程序时,我们加上了 -g 选项,这个选项可以使编译出来的文件包含更多有效信息。


  1. $ cat hello.c  
  2. #include <stdio.h> 
  3.  
  4. int main() { 
  5.     printf("Hello world!"); 
  6.     return 0; 
  7. $  
  8. $ gcc -g hello.c -o hello 
  9. $  
  10. $ file hello 
  11. hello: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), for GNU/Linux 2.6.32, BuildID[sha1]=3de46c8efb98bce4ad525d3328121568ba3d8a5d, not stripped 
  12. $  
  13. $ ./hello  
  14. Hello world!$  
  15. $  
  16.  
  17.  
  18. $ nm hello | tail 
  19. 0000000000600e20 d __JCR_END__ 
  20. 0000000000600e20 d __JCR_LIST__ 
  21. 00000000004005b0 T __libc_csu_fini 
  22. 0000000000400540 T __libc_csu_init 
  23.                  U __libc_start_main@@GLIBC_2.2.5 
  24. 000000000040051d T main 
  25.                  U printf@@GLIBC_2.2.5 
  26. 0000000000400490 t register_tm_clones 
  27. 0000000000400430 T _start 
  28. 0000000000601030 D __TMC_END__ 

gdb

gdb 就是所谓的 GNU debugger。

gdb 大家或多或少都有听说过。我们在使用一些 IDE 写代码的时候,可以进行打断点、步进、查看变量值等方式调试,其实这些 IDE 底层调用的也是 gdb 。

对于 gdb 的用法,可以写很多,本文就暂且不深入了。下面先演示一小段 gdb 最基础的功能。


  1. $ gdb -q ./hello 
  2. Reading symbols from /home/flash/hello...done. 
  3. (gdb) break main 
  4. Breakpoint 1 at 0x400521: file hello.c, line 4. 
  5. (gdb) info break 
  6. Num     Type           Disp Enb Address            What 
  7. 1       breakpoint     keep y   0x0000000000400521 in main at hello.c:4 
  8. (gdb) run 
  9. Starting program: /home/flash/./hello  
  10.  
  11. Breakpoint 1, main () at hello.c:4 
  12. 4           printf("Hello world!"); 
  13. Missing separate debuginfos, use: debuginfo-install glibc-2.17-260.el7_6.6.x86_64 
  14. (gdb) bt 
  15. #0  main () at hello.c:4 
  16. (gdb) c 
  17. Continuing. 
  18. Hello world![Inferior 1 (process 29620) exited normally] 
  19. (gdb) q 

小结

如果你在 Linux 下进行程序开发的时候,那么你免不了跟二进制文件打交道。熟练使用以上介绍的 10 个命令,将会对你的工作产生很大的帮助。

本文永久更新链接:http://embeddedlinux.org.cn/emb-linux/entry-level/202005/17-9147.html



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