caijizhuo

进程代码段地址空间随机加载

发表于 更新于 分类于
本文字数： 778 阅读时长 ≈ 3 分钟

问题

今天调试代码的时候看到地址的时候突然感到奇怪：我记得我之前看到的代码地址空间好多都是 0x400xxx 开头的，怎么这次的地址空间是 0x5562b845axxx 呢？是什么导致了这个差异？

我换了地址空间为 0x400xxx 开头的机器，准备了相同的代码，在两台不同的机器上编译：

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#include <stdio.h>
int main() {
    printf("%p\n", main);
}

这个简单的程序可以打出 main 函数的地址。经测试，在不同的机上打出的结果有很大差异。

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@└────> # ./a.out 
0x5562b845a649

@└────> # ./b.out 
0x400596

答案

经查阅资料，这个问题是 Linux 的 ASLR （Address Space Layout Randomization）导致的。这项技术会在装载时，装载到随机地址，防止黑客利用固定地址注入恶意代码。对于 b.out，没有使用该技术。所以 b.out 的代码段虚拟地址一直是 0x400000 开头。

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@└────> # readelf -h b.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)        // 这里是 EXEC
  Machine:                           Advanced Micro Devices X86-64
  Version:                           0x1
  Entry point address:               0x4004b0                      // 这里是 _start 的绝对地址
  Start of program headers:          64 (bytes into file)
  Start of section headers:          15608 (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

可以看到，对于 b.out，他的文件类型是 Executable file，_start 的地址是 0x400xxx 开头。这种就是没有使用 ASLR 技术的。而对于 a.out，结果如下：

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@└────> # readelf -h 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:                              DYN (Shared object file)      // 这里是 DYN
  Machine:                           Advanced Micro Devices X86-64
  Version:                           0x1
  Entry point address:               0x560                         // 这里是 _start 的相对地址
  Start of program headers:          64 (bytes into file)
  Start of section headers:          12744 (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:         31
  Section header string table index: 30

对于 a.out，文件类型为 Shared object file，而且 _start 的地址是个相对地址。就是这个导致的这个差异。每次装载 a.out 时，代码会被加载到随机的位置。可以看到，每次运行，得到的地址都不同。

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@└────> # ./a.out 
0x559536d9d649
@└────> # ./a.out 
0x559a7a6df649
@└────> # ./a.out 
0x55ca5dbd4649

发生根因

之所以发生这个原因，是因为操作系统版本导致的。低版本操作系统默认不使用 ASLR。想要在不同的操作系统上复现这两个方式也很简单：

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@└────> # gcc 1.c -fPIC -pie

这种方式编译出来的就是使用了 ASLR 技术的。其中 -pie 的意思是 position-independent executable，位置无关的可执行文件。编译时还需要加上 -fPIC （Position-Independent Code）生成位置无关代码。而

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@└────> # gcc 1.c -no-pie

方式编出来的就是固定地址。有些工具必须使用 -no-pie 才可以使用。这样固定的情况也比较好调试，因为虚拟地址固定。