从 C 执行二进制机器代码

下列的this http://www.muppetlabs.com/~breadbox/software/tiny/teensy.html我已经成功地生成了大小为 528 字节的 a.out（当 gcc main.c 最初给了我 8539 字节的大文件时）。

main.c 是：

int main(int argc, char** argv) {

    return 42;
}

但我已经从这个程序集文件构建了 a.out ：

main.s:

; tiny.asm
  BITS 64
  GLOBAL _start
  SECTION .text
  _start:
                mov     eax, 1
                mov     ebx, 42  
                int     0x80

with:

me@comp# nasm -f elf64 tiny.s
me@comp# gcc -Wall -s -nostartfiles -nostdlib tiny.o
me@comp# ./a.out ; echo $?
42
me@comp# wc -c a.out
528 a.out

因为我需要机器代码，所以我这样做：

objdump -d a.out

a.out:     file format elf64-x86-64


Disassembly of section .text:

00000000004000e0 <.text>:
  4000e0:   b8 01 00 00 00          mov    $0x1,%eax
  4000e5:   bb 2a 00 00 00          mov    $0x2a,%ebx
  4000ea:   cd 80                   int    $0x80

># objdump -hrt a.out

a.out:     file format elf64-x86-64

Sections:
Idx Name          Size      VMA               LMA               File off  Algn
 0 .note.gnu.build-id 00000024  00000000004000b0  00000000004000b0  000000b0 2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
 1 .text         0000000c  00000000004000e0  00000000004000e0  000000e0 2**4
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
SYMBOL TABLE:
no symbols

文件采用小端约定：

me@comp# readelf -a a.out
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:               0x4000e0
  Start of program headers:          64 (bytes into file)
  Start of section headers:          272 (bytes into file)
  Flags:                             0x0
  Size of this header:               64 (bytes)
  Size of program headers:           56 (bytes)
  Number of program headers:         2
  Size of section headers:           64 (bytes)
  Number of section headers:         4
  Section header string table index: 3

现在我想这样执行：

#include <unistd.h>
 // which version is (more) correct?
 // this might be related to endiannes (???)
char code[] = "\x01\xb8\x00\x00\xbb\x00\x00\x2a\x00\x00\x80\xcd\x00";
char code_v1[] = "\xb8\x01\x00\x00\x00\xbb\x2a\x00\x00\x00\xcd\x80\x00";

int main(int argc, char **argv)
{
/*creating a function pointer*/
int (*func)();
func = (int (*)()) code;
(int)(*func)();

return 0;
}

但是我遇到了分段错误。我的问题是：这一段文字是

  4000e0:   b8 01 00 00 00          mov    $0x1,%eax
  4000e5:   bb 2a 00 00 00          mov    $0x2a,%ebx
  4000ea:   cd 80                   int    $0x80

（这个机器代码）我真正需要的是什么？我做错了什么（字节顺序？？），也许我只需要从 SIGSEGV 开始以不同的方式调用它？

代码必须位于具有执行权限的页面中。默认情况下，出于安全原因，堆栈和读写静态数据（如非常量全局变量）位于未经 exec 权限映射的页面中。

最简单的方法是编译gcc -z execstack，它链接您的程序，以便堆栈and全局变量（静态存储）被映射到可执行页面中，分配也是如此malloc.

另一种无需制作的方法一切可执行文件就是将这个二进制机器代码复制到可执行缓冲区中。

#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>

char code[] = {0x55,0x48,0x89,0xe5,0x89,0x7d,0xfc,0x48,
    0x89,0x75,0xf0,0xb8,0x2a,0x00,0x00,0x00,0xc9,0xc3,0x00};
/*
00000000004004b4 <main> 55                          push   %rbp
00000000004004b5 <main+0x1>  48 89 e5               mov    %rsp,%rbp
00000000004004b8 <main+0x4>  89 7d fc               mov    %edi,-0x4(%rbp)
00000000004004bb <main+0x7>  48 89 75 f0            mov    %rsi,-0x10(%rbp)
'return 42;'
00000000004004bf <main+0xb>  b8 2a 00 00 00         mov    $0x2a,%eax
'}'
00000000004004c4 <main+0x10> c9                     leaveq 
00000000004004c5 <main+0x11> c3                     retq 
*/

int main(int argc, char **argv) { 
    void *buf;

    /* copy code to executable buffer */    
    buf = mmap (0,sizeof(code),PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC,
                MAP_PRIVATE|MAP_ANON,-1,0);
    memcpy (buf, code, sizeof(code));
    __builtin___clear_cache(buf, buf+sizeof(code)-1);  // on x86 this just stops memcpy from optimizing away as a dead store

    /* run code */
    int i = ((int (*) (void))buf)();
    printf("get this done. returned: %d", i);

    return 0;
}

output:

完成这件事。返回：42

运行成功（总时间：57ms）

Without __builtin___clear_cache, 这可能会打破 https://stackoverflow.com/questions/35741814/how-does-builtin-clear-cache-work#comment85964322_35741869启用优化，因为 gcc 会认为memcpy是一个死店并优化它。当编译 x86 时，__builtin___clear_cache does not实际上清除所有缓存；额外指令为零；它只是将内存标记为“已使用”，因此对其进行的存储不会被视为“已死”。 （看海湾合作委员会手册 https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Other-Builtins.html.)

另一种选择是mprotect页面包含char code[]数组，给它PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC。无论它是本地数组（在堆栈上）还是全局数组，这都有效.data.

或者如果是const char code[] in the .rodata部分，你可能只是给它PROT_READ|PROT_EXEC.

（在 binutils 版本中ld从2019年左右开始，.rodata作为同一段的一部分链接为.text，并且已经映射为可执行文件。但最近ld给它一个单独的段，这样就可以在没有 exec 权限的情况下映射它const char code[]不再为您提供可执行数组，但它曾经提供过，因此您可以在其他地方使用这个旧建议。）