Linux下分析bin文件的10種方法

来源:https://www.cnblogs.com/yychuyu/archive/2020/05/21/12932795.html
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這世界有10種人，一種人懂二進位，另一種人不懂二進位。 ——魯迅 大家好，我是良許。 二進位文件是我們幾乎每天都需要打交道的文件類型，但很少人知道他們的工作原理。這裡所講的二進位文件，是指一些可執行文件，包括你天天要使用的 Linux 命令，也是二進位文件的一種。 Linux 系統給我們提供了非常多 ...


這世界有10種人，一種人懂二進位，另一種人不懂二進位。 ——魯迅

大家好，我是良許。

二進位文件是我們幾乎每天都需要打交道的文件類型，但很少人知道他們的工作原理。這裡所講的二進位文件，是指一些可執行文件，包括你天天要使用的 Linux 命令，也是二進位文件的一種。

Linux 系統給我們提供了非常多用於分析二進位文件的工具，不管你在 Linux 下從事的是何種工作，知道這些工具也會讓你對你的系統更加瞭解。

在本文中，將介紹幾種最常用的用於分析二進位文件的工具及命令，這些工具在大部分發行版里可以直接使用，如果不能直接用的話，可以自行安裝。

file

file 命令用於分析文件的類型。

如果你需要分析二進位文件，可以首先使用 file 命令來切入。我們知道，在 Linux 下，一切皆文件，但並不是所有的文件都具有可執行性，我們還有各種各樣的文件，比如：文本文件，管道文件，鏈接文件，socket文件，等等。

在對一個文件進行分析之前，我們可以首先使用 file 命令來分析它們的類型。當然除此之外，我們還可以看到一些其它信息。

$ file /bin/pwd
/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 命令可以用於分析可執行文件的依賴。

我們使用 file 命令來分析一個可執行文件的時候，有時候可以看到輸出中有 dynamically linked 這樣的字眼。這個是啥意思呢？

大部分程式，都會使用到第三方庫，這樣就可以不用重覆造輪子，節約大量時間。最簡單的，我們寫C程式代碼的話，肯定會使用到 libc 或者 glibc 庫。當然，除此之外，還可能使用其它的庫。

那我們在什麼情況下需要分析程式的依賴庫呢？有一個場景大家肯定經歷過。你去你同事那邊拷備他寫好的程式放到自己的環境下運行，有時候可能會跑不起來。當然跑不起來的原因可能很多，但其中一個原因可能就是缺少對應的依賴庫。

這時候，ldd 就派上用場了。它可以分析程式需要一些什麼依賴庫，你只要把對應的庫放在對應的位置就可以了。

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

ltrace

ltrace的功能是能夠跟蹤進程的庫函數調用。

我們可以使用 ldd 命令來找到程式的依賴庫，但是，一個庫里少則幾個，多則幾千個函數，怎麼知道現在程式調用的是什麼函數呢？

ltrace 命令就是用來做這個事的。在下麵的例子里，我們可以看到程式調用的函數，以及傳遞進去的參數，同時你也可以看到函數調用的輸出。

$ ltrace /bin/pwd
__libc_start_main(0x401760, 1, 0x7ffff6524cc8, 0x404a00 <unfinished ...>
getenv("POSIXLY_CORRECT")                        = nil
strrchr("/bin/pwd", '/')                         = "/pwd"
setlocale(LC_ALL, "")                            = "en_US.utf8"
bindtextdomain("coreutils", "/usr/share/locale") = "/usr/share/locale"
textdomain("coreutils")                          = "coreutils"
__cxa_atexit(0x4022f0, 0, 0, 0x736c6974756572)   = 0
getopt_long(1, 0x7ffff6524cc8, "LP", 0x606d00, nil) = -1
getcwd(nil, 0)                                   = ""
puts("/home/alvin"/home/alvin
)                              = 12
free(0x22bc030)                                  = <void>
exit(0 <unfinished ...>
__fpending(0x7f3048865400, 0, 64, 0x7f3048865eb0) = 0
fileno(0x7f3048865400)                           = 1
__freading(0x7f3048865400, 0, 64, 0x7f3048865eb0) = 0
__freading(0x7f3048865400, 0, 2052, 0x7f3048865eb0) = 0
fflush(0x7f3048865400)                           = 0
fclose(0x7f3048865400)                           = 0
__fpending(0x7f30488651c0, 0, 3328, 0xfbad000c)  = 0
fileno(0x7f30488651c0)                           = 2
__freading(0x7f30488651c0, 0, 3328, 0xfbad000c)  = 0
__freading(0x7f30488651c0, 0, 4, 0xfbad000c)     = 0
fflush(0x7f30488651c0)                           = 0
fclose(0x7f30488651c0)                           = 0
+++ exited (status 0) +++

strace

strace 命令可以用於追蹤程式運行過程中的系統調用及信號。

通過上面的介紹，我們知道 ltrace 命令是用來追蹤函數調用的。strace 命令類似，但它追蹤的是系統調用。何為系統調用？簡單說就是我們可以通過系統調用與內核進行交互，完成我們想要的任務。

例如，如果我們想在屏幕上列印某些字元，可以使用 printf 或 puts 函數，而這兩個都是 libc 的庫函數，在更底層，他們都是調用 write 這個系統調用。

$ strace -f /bin/pwd
execve("/bin/pwd", ["/bin/pwd"], [/* 24 vars */]) = 0
brk(NULL)                               = 0xbc9000
mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f918ba69000
access("/etc/ld.so.preload", R_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=38684, ...}) = 0
mmap(NULL, 38684, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0x7f918ba5f000
close(3)                                = 0
open("/lib64/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
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
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=2156160, ...}) = 0
mmap(NULL, 3985888, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0x7f918b47b000
mprotect(0x7f918b63e000, 2097152, PROT_NONE) = 0
mmap(0x7f918b83e000, 24576, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x1c3000) = 0x7f918b83e000
mmap(0x7f918b844000, 16864, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f918b844000
close(3) 
…………
+++ exited with 0 +++

hexdump

hexdump 命令用來查看二進位文件的 16 進位編碼，但實際它能查看任何文件，而不限於二進位文件。

一個二進位文件，如果你直接使用文本編輯器打開的話，將看到一堆亂碼。這時候，你就可以使用 hexdump 命令來查看它的內容了。

hexdump 的顯示格式是：左邊是位元組序號，中間是文件的 16 進位編碼，如果是可列印字元的話就會顯示在右邊。

通過使用這個命令，我們就可以大概知道這個二進位文件裡面有什麼內容，後面要做什麼處理就比較方便了。

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

strings

strings 命令可以用來列印二進位文件中可顯示的字元。

什麼是可顯示字元？簡單說你在顯示器上看到的字元都是可顯示字元，比如：abcABC,.:。

我們知道，一個二進位文件裡面的內容很多是非顯示字元，所以無法直接用文本處理器打開。程式在被開發的時候，我們經常會加一些調試信息，比如：debug log, warn log, error log，等等。這些信息我們就可以使用 strings 命令看得到。

$ strings /bin/pwd | head
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2
libc.so.6
fflush
strcpy
__printf_chk
readdir
setlocale
mbrtowc
strncmp
optind

readelf

readelf 一般用於查看 ELF 格式的文件信息。

ELF（Executable and Linkable Format）即可執行連接文件格式，是一種比較複雜的文件格式，但其應用廣泛。當你使用 file 命令發現某個文件是 ELF 文件時，你就可以使用 readelf 命令來讀取這個文件的信息。

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

objdump

objdump是用查看目標文件或者可執行的目標文件的構成的GCC工具。

我們知道，程式在開發完成之後，需要經過編譯，才可以生成電腦可以識別的二進位文件。我們寫的代碼電腦不能直接執行，需要編譯成彙編程式，電腦才能依次執行。

objdump 命令可以讀取可執行文件，然後將彙編指令列印出來。所以如果你想看懂 objdump 的結果，你就需要有一些彙編基礎才可以。

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$ objdump -d /bin/pwd | head

/bin/pwd:     file format elf64-x86-64


Disassembly of section .init:

0000000000401350 <.init>:
  401350:       48 83 ec 08             sub    $0x8,%rsp
  401354:       48 8b 05 6d 5c 20 00    mov    0x205c6d(%rip),%rax        # 606fc8 <__ctype_b_loc@plt+0x205878>
  40135b:       48 85 c0                test   %rax,%rax

nm

nm命令主要是列出目標文件的符號（說白了就是一些函數和全局變數等）。

如果你編譯出來的程式沒有經過 strip ，那麼 nm 命令可以挖掘出隱含在可執行文件中的重大秘密。它可以幫你列出文件中的變數及函數，這對於我們進行反向操作具有重大意義。

下麵我們通過一小段簡單的程式來講解 nm 命令的用途。在編譯這個程式時，我們加上了 -g 選項，這個選項可以使編譯出來的文件包含更多有效信息。

$ cat hello.c 
#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Hello world!");
    return 0;
}
$ 
$ gcc -g hello.c -o hello
$ 
$ file hello
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
$ 
$ ./hello 
Hello world!$ 
$ 


$ nm hello | tail
0000000000600e20 d __JCR_END__
0000000000600e20 d __JCR_LIST__
00000000004005b0 T __libc_csu_fini
0000000000400540 T __libc_csu_init
                 U __libc_start_main@@GLIBC_2.2.5
000000000040051d T main
                 U printf@@GLIBC_2.2.5
0000000000400490 t register_tm_clones
0000000000400430 T _start
0000000000601030 D __TMC_END__
$

gdb

gdb 就是所謂的 GNU debugger。

gdb 大家或多或少都有聽說過。我們在使用一些 IDE 寫代碼的時候，可以進行打斷點、步進、查看變數值等方式調試，其實這些 IDE 底層調用的也是 gdb 。

對於 gdb 的用法，可以寫很多，本文就暫且不深入了。下麵先演示一小段 gdb 最基礎的功能。

$ gdb -q ./hello
Reading symbols from /home/flash/hello...done.
(gdb) break main
Breakpoint 1 at 0x400521: file hello.c, line 4.
(gdb) info break
Num     Type           Disp Enb Address            What
1       breakpoint     keep y   0x0000000000400521 in main at hello.c:4
(gdb) run
Starting program: /home/flash/./hello 

Breakpoint 1, main () at hello.c:4
4           printf("Hello world!");
Missing separate debuginfos, use: debuginfo-install glibc-2.17-260.el7_6.6.x86_64
(gdb) bt
#0  main () at hello.c:4
(gdb) c
Continuing.
Hello world![Inferior 1 (process 29620) exited normally]
(gdb) q
$

小結

如果你在 Linux 下進行程式開發的時候，那麼你免不了跟二進位文件打交道。熟練使用以上介紹的 10 個命令，將會對你的工作產生很大的幫助。

看完的都是真愛，點個贊再走唄？您的「三連」就是良許持續創作的最大動力！

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