--- title: "ELF文件-DWARF" author: "Perrin Yong" author_profile: https://www.pystone.net/profile/ published_by: "Perrin Yong" canonical: https://www.pystone.net/notes/elf-dwarf-format/ type: note content_role: unspecified visibility: public id_stability: rename-stable source_path: "10-计算机、信息技术与工程/02-编程语言与运行时/ELF文件-DWARF.md" content_hash: bb18448284e80f786b620a42fa8a8325b711af9a0270d18bb2666e7bf289a5d8 knowledge_version: 224c990773de.5fa8af6e39fa site_commit: 224c990773de166d23a886306577dd90379529ce notes_commit: 5fa8af6e39fa3891d1b9b4832bfa6c4e0ecaaf0a --- # ELF文件-DWARF DWARF 是一种用于调试的标准化格式，全称为 "**Debugging With Attributed Record Formats**"。帮助调试器从编译后的二进制文件中恢复源代码级别的信息，比如变量名称、类型、函数调用栈等。 libunwind 在实现栈回溯时依赖 DWARF 来解析栈帧信息和寄存器状态。 **DWARF** 是存储在 **ELF 文件**中的一个（或多个）**section**，它与其他诸如可执行代码段（`.text` 段）、符号表（`.symtab` 段）等并列存在。 DWARF 文件的内容包括： - **源代码中的函数和变量信息**：每个函数或变量在源代码中的名称、数据类型、作用域等。 - **程序的控制流和栈信息**：包括函数调用的栈帧结构、寄存器信息，方便回溯调用栈。 - **数据布局信息**：帮助调试器理解如何解析复杂的数据结构。 ## DWARF的内容 - **Compilation Unit (CU)**： - 是 DWARF 文件的基本单元，每个编译单元描述了从某个源文件生成的调试信息。它包含了该源文件中的所有符号和类型定义。 - **Debug Information Entry (DIE)**： - DIE 是 DWARF 中的基本数据结构，每个 DIE 描述一个调试信息项，如一个变量、一个类型定义或一个函数。DIE 是分层结构的，父 DIE 可以包含多个子 DIE。 - **Call Frame Information (CFI)**： - CFI 是 DWARF 中的栈帧信息，用来描述函数调用过程中寄存器和栈帧如何变化。CFI 用于栈回溯，它记录了关于程序中每个函数如何设置栈帧、保存寄存器以及在函数返回时如何恢复这些寄存器的信息。 - **Location Expressions**： - DWARF 使用位置表达式（Location Expressions）来描述变量在内存或寄存器中的位置。通过解析这些表达式，调试器可以找到程序执行期间变量存储的位置。 - **Line Number Information**： - DWARF 还包含源代码行号信息，帮助调试器在二进制文件和源代码之间进行映射。每个函数和变量都可以映射到源代码的具体行号，便于调试时快速定位。 - 每个 **编译单元（Compilation Unit，CU）** 代表一个源文件。 - 每个 CU 包含多个 **调试信息条目（Debug Information Entry, DIE）** ，这些条目描述了该文件中的变量、类型、函数等。 DWARF就是elf文件中的一系列段的类型，对elf的理解可以参见： [ELF文件](https://www.pystone.net/notes/elf-file-format/) 常见的 DWARF 段包括： - **`.debug_info`**：存储程序的调试信息，如变量、类型、函数等。 - **`.debug_line`**：用于将二进制代码的地址映射回源代码行号，方便调试时进行源代码级别的栈回溯。 - **`.debug_frame`** 或 **`.eh_frame`**：包含函数调用时的**栈帧信息（CFI）**，**用于栈回溯**，帮助恢复各个函数的寄存器状态和调用关系。 - **`.debug_abbrev`**：存储调试信息的缩写，减少冗余数据，提高 DWARF 信息的存储效率。 - **`.debug_str`**：包含 DWARF 调试信息中使用的字符串，如变量名、类型名等。 - **`.debug_pubnames`** 和 **`.debug_pubtypes`**：用于记录公共符号名称和类型信息。 ## Call Frame Information (CFI) **CFI（Call Frame Information，调用帧信息）** 是用来描述函数调用过程中寄存器和栈帧变化的。CFI中有以下两种内容： - **CIE (Common Information Entry)**：描述函数调用栈的通用信息，例如栈帧的基本结构和栈指针如何变化。 - **FDE (Frame Description Entry)**：描述一个具体函数的栈帧布局，包括哪些寄存器被保存、如何恢复这些寄存器的值等。 > **`.eh_frame` 段**：这是异常处理使用的栈帧信息表，记录了函数的栈帧布局和如何恢复寄存器的规则。即使去除了调试信息，`.eh_frame` 段通常仍然会被保留，因为它对于栈回溯和异常处理（如 C++ 的异常机制）是必需的。 > 如果在编译时明确使用了选项去除 `.eh_frame` 段（例如通过 `-fno-asynchronous-unwind-tables`），则 `libunwind` 将无法使用 CFI 信息进行栈回溯。这种情况下，`libunwind` 只能依赖帧指针或栈指针进行回溯，这会导致栈回溯的能力大大受限，特别是在使用了大量优化（如内联、帧指针消除）时，回溯可能不准确甚至失败。 在编译时，以下编译选项会影响 `libunwind` 进行栈回溯的能力： - **`-g`**：启用调试信息，生成 `.debug_*` 段，但这对于 `libunwind` 来说并非必需。 - **`-fno-omit-frame-pointer`**：保留帧指针，确保 `libunwind` 可以通过帧指针回溯栈帧。 - **`-fno-asynchronous-unwind-tables`**：去除 `.eh_frame` 段，禁止生成 CFI 信息，可能会导致栈回溯失败。 - **CFA** (Canonical Frame Address)是栈帧的规范化基址,通过 DWARF 提供的 `DW_CFA_def_cfa` 指令定义。CFA 通常用于定位函数的局部变量、函数参数和返回地址等栈帧信息。 当调试信息中的属性（例如 `DW_AT_frame_base`）标记为 `DW_OP_call_frame_cfa`，它的含义是**当前函数的栈帧基址可以通过 CFA 来获得**, "使用当前的 CFA 作为栈帧的基址"。 ### CIE（Common Information Entry） CIE 提供了多个函数共享的通用栈帧信息，定义了如何计算栈帧基址（CFA）及如何处理返回地址。 - **Version**: DWARF 版本号。 - **Augmentation**: 增强字段，描述了附加信息，例如返回地址寄存器等。 - **Code alignment factor**: 程序计数器的对齐因子，通常与指令大小相关。 - **Data alignment factor**: 数据对齐因子，影响栈指针如何变化。 - **Return address column**: 指明返回地址所在的寄存器位置。 - **DW_CFA_def_cfa**: 定义栈帧的基准地址（CFA），用于定位局部变量、保存的寄存器等。它通常由栈指针寄存器（如 `rsp`）加上某个偏移量计算得出。 ### **FDE（Frame Description Entry）** FDE 描述了特定函数的栈帧布局，主要通过指令来更新 CFA 和寄存器的状态。 - **pc range**: 函数的指令范围（程序计数器）。 - **DW_CFA_def_cfa_offset**: 指定 CFA 偏移量，通常表示栈上分配的空间大小。 - **DW_CFA_offset**: 保存某个寄存器的值到栈上，偏移量相对于 CFA。 - **DW_CFA_advance_loc**: 程序计数器前进，用于表示指令执行的推进。 - **DW_CFA_def_cfa_register**: 更新 CFA 的寄存器指针，通常是 `rsp` 或 `rbp`。 > 虽然 CIE 中定义了基本的 CFA 计算规则，但每个函数的 **FDE** 可能会根据其特定的栈帧布局来调整 CFA 的计算。例如： > - 函数 `funcA` 可能有更多的局部变量或保存了更多的寄存器，因此它可能需要调整更大的栈空间。 > - 函数 `funcB` 的栈帧可能相对简单，CFA 计算的偏移量可能更小。 ## 从CFI中可以获取的主要信息 ### 栈帧布局 可以利用CFI的信息, 确定每个栈帧的布局，包括栈指针、帧指针和返回地址的存储位置。 ### 寄存器状态 **寄存器保存和恢复信息**：通过 `DW_CFA_offset` 和 `DW_CFA_restore` 等指令，DWARF 描述了寄存器的保存和恢复过程。根据这些指令，读取栈中的寄存器值，以恢复函数返回时的寄存器状态。 ## 程序与调试信息示例 ## 程序源码 示例程序： ```c #include void funcA(int a) {     int x = a * 2;  // 局部变量     printf("funcA: x = %d\n", x);     // 模拟崩溃点     *((volatile int *)0) = 0; } void funcB() {     int b = 10;  // 局部变量     funcA(b);    // 调用 funcA } int main() {     funcB();     // 调用 funcB     return 0; } ``` 该程序可以使用gdb执行和调试。运行时，会出现崩溃信号： ```text (gdb) run Starting program: /home/[redacted-user]/example funcA: x = 20 Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault. 0x0000555555554678 in funcA (a=10) at example.c:7 7 *((volatile int *)0) = 0; ``` gdb可以输出崩溃的调用栈回溯结果: ```text (gdb) backtrace #0 0x0000555555554678 in funcA (a=10) at example.c:7 #1 0x000055555555469a in funcB () at example.c:12 #2 0x00005555555546ab in main () at example.c:16 ``` ## 汇编代码 ```assembly objdump -d ./example ./example： 文件格式 elf64-x86-64 Disassembly of section .init: 00000000000004f0 <_init>: 4f0: 48 83 ec 08 sub $0x8,%rsp 4f4: 48 8b 05 ed 0a 20 00 mov 0x200aed(%rip),%rax # 200fe8 <__gmon_start__> 4fb: 48 85 c0 test %rax,%rax 4fe: 74 02 je 502 <_init+0x12> 500: ff d0 callq *%rax 502: 48 83 c4 08 add $0x8,%rsp 506: c3 retq Disassembly of section .plt: 0000000000000510 <.plt>: 510: ff 35 aa 0a 20 00 pushq 0x200aaa(%rip) # 200fc0 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+0x8> 516: ff 25 ac 0a 20 00 jmpq *0x200aac(%rip) # 200fc8 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+0x10> 51c: 0f 1f 40 00 nopl 0x0(%rax) 0000000000000520 : 520: ff 25 aa 0a 20 00 jmpq *0x200aaa(%rip) # 200fd0 526: 68 00 00 00 00 pushq $0x0 52b: e9 e0 ff ff ff jmpq 510 <.plt> Disassembly of section .plt.got: 0000000000000530 <__cxa_finalize@plt>: 530: ff 25 c2 0a 20 00 jmpq *0x200ac2(%rip) # 200ff8 <__cxa_finalize@GLIBC_2.2.5> 536: 66 90 xchg %ax,%ax Disassembly of section .text: 0000000000000540 <_start>: 540: 31 ed xor %ebp,%ebp 542: 49 89 d1 mov %rdx,%r9 545: 5e pop %rsi 546: 48 89 e2 mov %rsp,%rdx 549: 48 83 e4 f0 and $0xfffffffffffffff0,%rsp 54d: 50 push %rax 54e: 54 push %rsp 54f: 4c 8d 05 da 01 00 00 lea 0x1da(%rip),%r8 # 730 <__libc_csu_fini> 556: 48 8d 0d 63 01 00 00 lea 0x163(%rip),%rcx # 6c0 <__libc_csu_init> 55d: 48 8d 3d 39 01 00 00 lea 0x139(%rip),%rdi # 69d
564: ff 15 76 0a 20 00 callq *0x200a76(%rip) # 200fe0 <__libc_start_main@GLIBC_2.2.5> 56a: f4 hlt 56b: 0f 1f 44 00 00 nopl 0x0(%rax,%rax,1) 0000000000000570 : 570: 48 8d 3d 99 0a 20 00 lea 0x200a99(%rip),%rdi # 201010 <__TMC_END__> 577: 55 push %rbp 578: 48 8d 05 91 0a 20 00 lea 0x200a91(%rip),%rax # 201010 <__TMC_END__> 57f: 48 39 f8 cmp %rdi,%rax 582: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp 585: 74 19 je 5a0 587: 48 8b 05 4a 0a 20 00 mov 0x200a4a(%rip),%rax # 200fd8 <_ITM_deregisterTMCloneTable> 58e: 48 85 c0 test %rax,%rax 591: 74 0d je 5a0 593: 5d pop %rbp 594: ff e0 jmpq *%rax 596: 66 2e 0f 1f 84 00 00 nopw %cs:0x0(%rax,%rax,1) 59d: 00 00 00 5a0: 5d pop %rbp 5a1: c3 retq 5a2: 0f 1f 40 00 nopl 0x0(%rax) 5a6: 66 2e 0f 1f 84 00 00 nopw %cs:0x0(%rax,%rax,1) 5ad: 00 00 00 00000000000005b0 : 5b0: 48 8d 3d 59 0a 20 00 lea 0x200a59(%rip),%rdi # 201010 <__TMC_END__> 5b7: 48 8d 35 52 0a 20 00 lea 0x200a52(%rip),%rsi # 201010 <__TMC_END__> 5be: 55 push %rbp 5bf: 48 29 fe sub %rdi,%rsi 5c2: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp 5c5: 48 c1 fe 03 sar $0x3,%rsi 5c9: 48 89 f0 mov %rsi,%rax 5cc: 48 c1 e8 3f shr $0x3f,%rax 5d0: 48 01 c6 add %rax,%rsi 5d3: 48 d1 fe sar %rsi 5d6: 74 18 je 5f0 5d8: 48 8b 05 11 0a 20 00 mov 0x200a11(%rip),%rax # 200ff0 <_ITM_registerTMCloneTable> 5df: 48 85 c0 test %rax,%rax 5e2: 74 0c je 5f0 5e4: 5d pop %rbp 5e5: ff e0 jmpq *%rax 5e7: 66 0f 1f 84 00 00 00 nopw 0x0(%rax,%rax,1) 5ee: 00 00 5f0: 5d pop %rbp 5f1: c3 retq 5f2: 0f 1f 40 00 nopl 0x0(%rax) 5f6: 66 2e 0f 1f 84 00 00 nopw %cs:0x0(%rax,%rax,1) 5fd: 00 00 00 0000000000000600 <__do_global_dtors_aux>: 600: 80 3d 09 0a 20 00 00 cmpb $0x0,0x200a09(%rip) # 201010 <__TMC_END__> 607: 75 2f jne 638 <__do_global_dtors_aux+0x38> 609: 48 83 3d e7 09 20 00 cmpq $0x0,0x2009e7(%rip) # 200ff8 <__cxa_finalize@GLIBC_2.2.5> 610: 00 611: 55 push %rbp 612: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp 615: 74 0c je 623 <__do_global_dtors_aux+0x23> 617: 48 8b 3d ea 09 20 00 mov 0x2009ea(%rip),%rdi # 201008 <__dso_handle> 61e: e8 0d ff ff ff callq 530 <__cxa_finalize@plt> 623: e8 48 ff ff ff callq 570 628: c6 05 e1 09 20 00 01 movb $0x1,0x2009e1(%rip) # 201010 <__TMC_END__> 62f: 5d pop %rbp 630: c3 retq 631: 0f 1f 80 00 00 00 00 nopl 0x0(%rax) 638: f3 c3 repz retq 63a: 66 0f 1f 44 00 00 nopw 0x0(%rax,%rax,1) 0000000000000640 : 640: 55 push %rbp 641: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp 644: 5d pop %rbp 645: e9 66 ff ff ff jmpq 5b0 000000000000064a : 64a: 55 push %rbp 64b: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp 64e: 48 83 ec 20 sub $0x20,%rsp 652: 89 7d ec mov %edi,-0x14(%rbp) 655: 8b 45 ec mov -0x14(%rbp),%eax 658: 01 c0 add %eax,%eax 65a: 89 45 fc mov %eax,-0x4(%rbp) 65d: 8b 45 fc mov -0x4(%rbp),%eax 660: 89 c6 mov %eax,%esi 662: 48 8d 3d db 00 00 00 lea 0xdb(%rip),%rdi # 744 <_IO_stdin_used+0x4> 669: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax 66e: e8 ad fe ff ff callq 520 673: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax 678: c7 00 00 00 00 00 movl $0x0,(%rax) 67e: 90 nop 67f: c9 leaveq 680: c3 retq 0000000000000681 : 681: 55 push %rbp 682: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp 685: 48 83 ec 10 sub $0x10,%rsp 689: c7 45 fc 0a 00 00 00 movl $0xa,-0x4(%rbp) 690: 8b 45 fc mov -0x4(%rbp),%eax 693: 89 c7 mov %eax,%edi 695: e8 b0 ff ff ff callq 64a 69a: 90 nop 69b: c9 leaveq 69c: c3 retq 000000000000069d
: 69d: 55 push %rbp 69e: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp 6a1: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax 6a6: e8 d6 ff ff ff callq 681 6ab: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax 6b0: 5d pop %rbp 6b1: c3 retq 6b2: 66 2e 0f 1f 84 00 00 nopw %cs:0x0(%rax,%rax,1) 6b9: 00 00 00 6bc: 0f 1f 40 00 nopl 0x0(%rax) 00000000000006c0 <__libc_csu_init>: 6c0: 41 57 push %r15 6c2: 41 56 push %r14 6c4: 49 89 d7 mov %rdx,%r15 6c7: 41 55 push %r13 6c9: 41 54 push %r12 6cb: 4c 8d 25 e6 06 20 00 lea 0x2006e6(%rip),%r12 # 200db8 <__frame_dummy_init_array_entry> 6d2: 55 push %rbp 6d3: 48 8d 2d e6 06 20 00 lea 0x2006e6(%rip),%rbp # 200dc0 <__init_array_end> 6da: 53 push %rbx 6db: 41 89 fd mov %edi,%r13d 6de: 49 89 f6 mov %rsi,%r14 6e1: 4c 29 e5 sub %r12,%rbp 6e4: 48 83 ec 08 sub $0x8,%rsp 6e8: 48 c1 fd 03 sar $0x3,%rbp 6ec: e8 ff fd ff ff callq 4f0 <_init> 6f1: 48 85 ed test %rbp,%rbp 6f4: 74 20 je 716 <__libc_csu_init+0x56> 6f6: 31 db xor %ebx,%ebx 6f8: 0f 1f 84 00 00 00 00 nopl 0x0(%rax,%rax,1) 6ff: 00 700: 4c 89 fa mov %r15,%rdx 703: 4c 89 f6 mov %r14,%rsi 706: 44 89 ef mov %r13d,%edi 709: 41 ff 14 dc callq *(%r12,%rbx,8) 70d: 48 83 c3 01 add $0x1,%rbx 711: 48 39 dd cmp %rbx,%rbp 714: 75 ea jne 700 <__libc_csu_init+0x40> 716: 48 83 c4 08 add $0x8,%rsp 71a: 5b pop %rbx 71b: 5d pop %rbp 71c: 41 5c pop %r12 71e: 41 5d pop %r13 720: 41 5e pop %r14 722: 41 5f pop %r15 724: c3 retq 725: 90 nop 726: 66 2e 0f 1f 84 00 00 nopw %cs:0x0(%rax,%rax,1) 72d: 00 00 00 0000000000000730 <__libc_csu_fini>: 730: f3 c3 repz retq Disassembly of section .fini: 0000000000000734 <_fini>: 734: 48 83 ec 08 sub $0x8,%rsp 738: 48 83 c4 08 add $0x8,%rsp 73c: c3 retq ``` ## debug_frame 该程序的debug_frame或eh_frame内容如下. CIE 可以是全局公共的, 被共享. FDE相当于继承或者共享CIE的内容 ```text uwa@wzp-B365-HD3:~$ readelf --debug-dump=frames ./example .eh_frame 节的内容: 00000000 0000000000000014 00000000 CIE Version: 1 Augmentation: "zR" Code alignment factor: 1 Data alignment factor: -8 Return address column: 16 Augmentation data: 1b DW_CFA_def_cfa: r7 (rsp) ofs 8 DW_CFA_offset: r16 (rip) at cfa-8 DW_CFA_undefined: r16 (rip) 00000018 0000000000000014 0000001c FDE cie=00000000 pc=0000000000000540..000000000000056b DW_CFA_nop DW_CFA_nop DW_CFA_nop DW_CFA_nop DW_CFA_nop DW_CFA_nop DW_CFA_nop 00000030 0000000000000014 00000000 CIE Version: 1 Augmentation: "zR" Code alignment factor: 1 Data alignment factor: -8 Return address column: 16 Augmentation data: 1b DW_CFA_def_cfa: r7 (rsp) ofs 8 DW_CFA_offset: r16 (rip) at cfa-8 DW_CFA_nop DW_CFA_nop 00000048 0000000000000024 0000001c FDE cie=00000030 pc=0000000000000510..0000000000000530 DW_CFA_def_cfa_offset: 16 DW_CFA_advance_loc: 6 to 0000000000000516 DW_CFA_def_cfa_offset: 24 DW_CFA_advance_loc: 10 to 0000000000000520 DW_CFA_def_cfa_expression (DW_OP_breg7 (rsp): 8; DW_OP_breg16 (rip): 0; DW_OP_lit15; DW_OP_and; DW_OP_lit11; DW_OP_ge; DW_OP_lit3; DW_OP_shl; DW_OP_plus) DW_CFA_nop DW_CFA_nop DW_CFA_nop DW_CFA_nop 00000070 0000000000000014 00000044 FDE cie=00000030 pc=0000000000000530..0000000000000538 DW_CFA_nop DW_CFA_nop DW_CFA_nop DW_CFA_nop DW_CFA_nop DW_CFA_nop DW_CFA_nop 00000088 000000000000001c 0000005c FDE cie=00000030 pc=000000000000064a..0000000000000681 DW_CFA_advance_loc: 1 to 000000000000064b DW_CFA_def_cfa_offset: 16 DW_CFA_offset: r6 (rbp) at cfa-16 DW_CFA_advance_loc: 3 to 000000000000064e DW_CFA_def_cfa_register: r6 (rbp) DW_CFA_advance_loc: 50 to 0000000000000680 DW_CFA_def_cfa: r7 (rsp) ofs 8 DW_CFA_nop DW_CFA_nop DW_CFA_nop 000000a8 000000000000001c 0000007c FDE cie=00000030 pc=0000000000000681..000000000000069d DW_CFA_advance_loc: 1 to 0000000000000682 DW_CFA_def_cfa_offset: 16 DW_CFA_offset: r6 (rbp) at cfa-16 DW_CFA_advance_loc: 3 to 0000000000000685 DW_CFA_def_cfa_register: r6 (rbp) DW_CFA_advance_loc: 23 to 000000000000069c DW_CFA_def_cfa: r7 (rsp) ofs 8 DW_CFA_nop DW_CFA_nop DW_CFA_nop 000000c8 000000000000001c 0000009c FDE cie=00000030 pc=000000000000069d..00000000000006b2 DW_CFA_advance_loc: 1 to 000000000000069e DW_CFA_def_cfa_offset: 16 DW_CFA_offset: r6 (rbp) at cfa-16 DW_CFA_advance_loc: 3 to 00000000000006a1 DW_CFA_def_cfa_register: r6 (rbp) DW_CFA_advance_loc: 16 to 00000000000006b1 DW_CFA_def_cfa: r7 (rsp) ofs 8 DW_CFA_nop DW_CFA_nop DW_CFA_nop 000000e8 0000000000000044 000000bc FDE cie=00000030 pc=00000000000006c0..0000000000000725 DW_CFA_advance_loc: 2 to 00000000000006c2 DW_CFA_def_cfa_offset: 16 DW_CFA_offset: r15 (r15) at cfa-16 DW_CFA_advance_loc: 2 to 00000000000006c4 DW_CFA_def_cfa_offset: 24 DW_CFA_offset: r14 (r14) at cfa-24 DW_CFA_advance_loc: 5 to 00000000000006c9 DW_CFA_def_cfa_offset: 32 DW_CFA_offset: r13 (r13) at cfa-32 DW_CFA_advance_loc: 2 to 00000000000006cb DW_CFA_def_cfa_offset: 40 DW_CFA_offset: r12 (r12) at cfa-40 DW_CFA_advance_loc: 8 to 00000000000006d3 DW_CFA_def_cfa_offset: 48 DW_CFA_offset: r6 (rbp) at cfa-48 DW_CFA_advance_loc: 8 to 00000000000006db DW_CFA_def_cfa_offset: 56 DW_CFA_offset: r3 (rbx) at cfa-56 DW_CFA_advance_loc: 13 to 00000000000006e8 DW_CFA_def_cfa_offset: 64 DW_CFA_advance_loc: 50 to 000000000000071a DW_CFA_def_cfa_offset: 56 DW_CFA_advance_loc: 1 to 000000000000071b DW_CFA_def_cfa_offset: 48 DW_CFA_advance_loc: 1 to 000000000000071c DW_CFA_def_cfa_offset: 40 DW_CFA_advance_loc: 2 to 000000000000071e DW_CFA_def_cfa_offset: 32 DW_CFA_advance_loc: 2 to 0000000000000720 DW_CFA_def_cfa_offset: 24 DW_CFA_advance_loc: 2 to 0000000000000722 DW_CFA_def_cfa_offset: 16 DW_CFA_advance_loc: 2 to 0000000000000724 DW_CFA_def_cfa_offset: 8 DW_CFA_nop 00000130 0000000000000010 00000104 FDE cie=00000030 pc=0000000000000730..0000000000000732 DW_CFA_nop DW_CFA_nop DW_CFA_nop 00000144 ZERO terminator ``` - `DW_CFA_def_cfa: rsp, 16`：表示 CFA 是栈指针 `rsp` 加上 16 字节的偏移。 - `DW_CFA_offset: rip at cfa-8`：表示返回地址（`rip`）保存于栈顶 CFA - 8 位置。 FDE 2 (函数 funcB) ```yaml 000000a8 000000000000001c 0000007c FDE cie=00000030 pc=0000000000000681..000000000000069d DW_CFA_advance_loc: 1 to 0000000000000682 DW_CFA_def_cfa_offset: 16 DW_CFA_offset: r6 (rbp) at cfa-16 DW_CFA_advance_loc: 3 to 0000000000000685 DW_CFA_def_cfa_register: r6 (rbp) DW_CFA_advance_loc: 23 to 000000000000069c DW_CFA_def_cfa: r7 (rsp) ofs 8 DW_CFA_nop DW_CFA_nop DW_CFA_nop ``` - **`DW_CFA_advance_loc`** 表示 PC（Program Counter，程序计数器）向前推进 1 个字节，到地址 `0x682`。这通常意味着程序的执行已经进入了新的指令，可能是一个新的函数调用或栈操作。 - **`DW_CFA_def_cfa_offset`** 表示当前 **CFA** 的偏移量为 **16** 字节。 如果当前 `SP` 的值为 **`0x1000`**，那么 **CFA** 的计算如下： ```ini CFA = SP + 16 = 0x1000 + 0x10 = 0x1010 ``` **DW_CFA_offset: r6 (rbp) at cfa-16** 描述了 **`rbp`（帧指针寄存器）** 的保存位置。 假设当前 CFA = 0x1008，那么 `rbp` 保存的位置为： ```text rbp 保存位置 = 0x1008 - 16 = 0x0FF8 ``` ## 借助DWARF信息进行栈回溯的基本流程 由以上信息可知, DWARF通过 `.eh_frame` 和 `.debug_frame` 段来提供调用帧信息(CFI)来描述栈帧布局。 调试工具或者回溯工具可以利用DWARF提供的CFI, 对调用栈进行回溯, 以获得造成崩溃的指令的调用链, 并且可以获取每一帧的寄存器信息. - **获取当前 PC 和栈指针（SP）**：首先从当前的执行上下文中获取程序计数器（PC）和栈指针（SP）。 - **读取 CFI 信息**：使用 DWARF 的 CFI 信息找到当前栈帧中保存的返回地址和寄存器位置。 - **恢复上一个栈帧**：根据 CFI 信息恢复上一个栈帧的寄存器状态和返回地址。 - **重复过程**：继续回溯，直到到达栈的顶端。 1. **初始化上下文**：在崩溃时或调试时，首先获取当前的上下文状态，包括当前的栈指针（`rsp`）、程序计数器（`rip`）等寄存器状态。 2. **获取 CFA**：根据 DWARF 中的 **CFI 信息**，利用指令如 `DW_CFA_def_cfa` 来计算当前栈帧的 **CFA**。 3. **恢复寄存器状态**： - 从栈中恢复保存的寄存器信息（如 `rbp`、`rip`），以确定上一个栈帧的地址。 - 通过 `DW_CFA_offset` 指令找到每个寄存器的位置，并从栈中恢复它们的值。 4. **回溯到上一个栈帧**： - 利用恢复的返回地址寄存器（如 `rip`），确定上一个函数的程序计数器（PC）。 - 根据新的 PC 继续从 DWARF 信息中获取该栈帧的 CFI，更新 CFA 和寄存器状态。 5. **逐帧回溯**：重复上述过程，直到到达主函数或回溯到栈的最底部。