哈工大 csapp lab5

实验报告

实 验（五）

题 目 LinkLab
链接 　
专 业 计算机科学与技术
学　　 号 190110812
班　　 级 7
学 生 刘新晨　 　　
指 导 教 师 吴锐 　　
实 验 地 点 G707 　　　
实 验 日 期 2021/5/16

计算机科学与技术学院

目 录

第1章 实验基本信息 - 3 -
1.1 实验目的 - 3 -
1.2 实验环境与工具 - 3 -
1.2.1 硬件环境 - 3 -
1.2.2 软件环境 - 3 -
1.2.3 开发工具 - 3 -
1.3 实验预习 - 3 -
第2章 实验预习 - 4 -
2.1 ELF文件格式解读 - 4 -
2.2程序的内存映像结构 - 4 -
2.3程序中符号的位置分析 - 4 -
2.4程序运行过程分析 - 4 -
第3章 各阶段的原理与方法 - 5 -
3.1 阶段1的分析 - 5 -
3.2 阶段2的分析 - 5 -
3.3 阶段3的分析 - 5 -
3.4 阶段4的分析 - 5 -
3.5 阶段5的分析 - 5 -
第4章 总结 - 6 -
4.1 请总结本次实验的收获 - 6 -
4.2 请给出对本次实验内容的建议 - 6 -
参考文献 - 7 -

第1章 实验基本信息

1.1 实验目的
理解链接的作用与工作步骤
掌握ELF结构与符号解析与重定位的工作过程
熟练使用Linux工具完成ELF分析与修改
1.2 实验环境与工具
1.2.1 硬件环境
X64 CPU;8G RAM;2.60GHz;
1.2.2 软件环境
Win10 64位以上；VMware 15.5.7; Ubuntu 64位
1.2.3 开发工具
Visual Studio 2019 64位以上；CodeBlocks 64位；vi; vim; gcc

第2章 实验预习
2.1 ELF文件格式解读
请按顺序写出ELF格式的可执行目标文件的各类信息（5分）

段头部表：将连续的文件映射到运行时的内存段
. init ： 定义了_init函数，程序初始化代码会调用它
. text ： 已编译程序的机器代码
. rodata ： 只读数据，比如printf语句中的格式串和开关语句的跳转表
. data ： 已初始化的全局和静态C变量
. bss ： 未初始化的全局和静态C变量
. symtab ：一个符号表，它存放在程序中定义和引用的函数和全局变量的信息
. debug ： 一个调试符号表，其条目时程序中定义的全局变量和类型定义，程序中定义和引用的全局变量，以及原始的C源文件。
. line ： 原始C源程序的行号和.text节中机器指令之间的映射
. strtab ： 一个字符串表，其内容包括 .symtab 和 .debug节中的符号表，以及节头部中的节名字。
节头部表：描述目标文件的节。
2.2程序的内存映像结构
请按照内存地址从低到高的顺序，写出Linux下X64内存映像（5分）
内核内存
用户栈
共享库的内存映射区域
运行堆
读写段
只读代码段

2.3程序中符号的位置分析
请运行“LinkAddress -u 学号 姓名” 按地址顺序写出各符号的地址、空间。并按照Linux下X64内存映像标出其所属各区（5分）

2.4程序运行过程分析
请按顺序写出LinkAddress从开始执行到main前/后执行的子程序的名字(使用gcc与objdump/GDB/EDB)（5分）
main执行前：
Breakpoint 1 at 0x400598
_init;
Breakpoint 2 at 0x4005d0
free@plt;
Breakpoint 3 at 0x4005e0
puts@plt;
Breakpoint 4 at 0x4005f0
__stack_chk_fail@plt;
Breakpoint 5 at 0x400600
printf@plt;
Breakpoint 6 at 0x400610
__libc_start_main@plt;
Breakpoint 7 at 0x400620
malloc@plt;
Breakpoint 8 at 0x400630
exit@plt;
Breakpoint 9 at 0x400650
_start;
Breakpoint 10 at 0x400680
deregister_tm_clones;
Breakpoint 11 at 0x4006c0
register_tm_clones;
Breakpoint 12 at 0x400700
__do_global_dtors_aux;
Breakpoint 13 at 0x400720
frame_dummy;
Breakpoint 14 at 0x40074a
show_pointer;
Breakpoint 15 at 0x40077b
useless;

main执行后：
Breakpoint 16 at 0x400786
main;
Breakpoint 17 at 0x400b10
__libc_csu_init;
Breakpoint 18 at 0x400b80
__libc_csu_fini;
Breakpoint 19 at 0x400b84
_fini;

第3章 各阶段的原理与方法
每阶段40分，phasex.o 20分，分析20分，总分不超过80分
3.1 阶段1的分析
程序运行结果截图：

分析与设计的过程：

直接将main.o进行编译，得到linkbomb，运行之后显示如下截图

可以看到这是一串没有什么特殊意义字符串。我们的目标就是将该字符串的前部替换为我们的学号，最终使屏幕输出我们的学号。
用hexedit打开phase1.o后如下

学号190110812对应的ascii码为：31 39 30 31 31 30 38 31 32
将其替换即可
3.2 阶段2的分析
程序运行结果截图：
分析与设计的过程：
3.3 阶段3的分析
程序运行结果截图：

分析与设计的过程：
使用readelf工具分析phase3.o，得到如下截图

可见最终输出的字符存储在InWlvNHiCR数组中，所以我们的工作是：得到cookie数组，根据cookie数组构造InWlvNhiCR数组，要求按照cookie的索引顺序在InWlvNhiCR中依次填入自己的学号。
用edb打开linkbomb3如下图所示

得到我的cookie数组是zwelvksjr，122，119，101，108，118，107, 115, 106, 114

然后将三个文件链接在一起即可
3.4 阶段4的分析
程序运行结果截图：
分析与设计的过程：
3.5 阶段5的分析
程序运行结果截图：
分析与设计的过程：
 
第4章 总结
4.1 请总结本次实验的收获
对链接的作用和工作步骤有了更深的理解；
学会使用readelf工具查看elf可重定位目标文件；
学会使用hexedit对 .o文件进行修改
掌握了链接过程中的符号解析和重定位的过程
4.2 请给出对本次实验内容的建议

建议老师讲的详细一点

注：本章为酌情加分项。
 
参考文献

为完成本次实验你翻阅的书籍与网站等
[1] 林来兴. 空间控制技术[M]. 北京：中国宇航出版社，1992：25-42.
[2] 辛希孟. 信息技术与信息服务国际研讨会论文集：A集[C]. 北京：中国科学出版社，1999.
[3] 赵耀东. 新时代的工业工程师[M/OL]. 台北：天下文化出版社，1998 [1998-09-26]. http://www.ie.nthu.edu.tw/info/ie.newie.htm（Big5）.
[4] 谌颖. 空间交会控制理论与方法研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学，1992：8-13.
[5] KANAMORI H. Shaking Without Quaking[J]. Science，1998，279（5359）：2063-2064.
[6] CHRISTINE M. Plant Physiology: Plant Biology in the Genome Era[J/OL]. Science，1998，281：331-332[1998-09-23]. http://www.sciencemag.org/cgi/ collection/anatmorp.