linux - 为什么我的 Rust 可执行文件映射到如此高的地址(靠近堆栈)而不是 0x400000？

Question

我正在了解 x86_64 系统上的 Linux 用户空间内存布局，并希望打印某些部分的一些地址。我使用了这个 Rust 代码:

fn main() {
    let x = 3;        // should be stored on stack
    let s = "hello";  // should be in the .data section

    println!("stack ≈ {:p}", &x);
    println!(".text ≈ {:p}", main as *const ());
    println!(".data ≈ {:p}", s);


    use std::io;

    let mut f = std::fs::File::open("/proc/self/maps").unwrap();
    let out = io::stdout();
    io::copy(&mut f, &mut out.lock()).unwrap();
}

此代码还将文件 /proc/self/maps 打印到标准输出。我用 rustc mem.rs 简单地编译了这个文件 mem.rs。它打印:

stack ≈ 0x7ffffbf82f2c
.text ≈ 0x7f45b7c0a2b0
.data ≈ 0x7f45b7c4d35b

7f45b6800000-7f45b6c00000 rw-- 00000000 00:00 0
7f45b6de0000-7f45b6f9a000 r-x- 00000000 00:00 664435             /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.19.so
7f45b6f9a000-7f45b6fa2000 ---- 001ba000 00:00 664435             /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.19.so
[ ... more .so files]
7f45b7a22000-7f45b7a23000 r--- 00022000 00:00 663920             /lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.19.so
7f45b7a23000-7f45b7a24000 rw-- 00023000 00:00 663920             /lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.19.so
7f45b7a24000-7f45b7a25000 rw-- 00000000 00:00 0
7f45b7aa0000-7f45b7aa2000 rw-- 00000000 00:00 0
7f45b7ab0000-7f45b7ab2000 rw-- 00000000 00:00 0
7f45b7ac0000-7f45b7ac1000 rw-- 00000000 00:00 0
7f45b7ad0000-7f45b7ad1000 rw-- 00000000 00:00 0
7f45b7ae0000-7f45b7ae2000 rw-- 00000000 00:00 0
7f45b7c00000-7f45b7c5f000 r-x- 00000000 00:00 1134580            /home/lukas/tmp/mem
7f45b7e5e000-7f45b7e62000 r--- 0005e000 00:00 1134580            /home/lukas/tmp/mem
7f45b7e62000-7f45b7e63000 rw-- 00062000 00:00 1134580            /home/lukas/tmp/mem
7f45b7e63000-7f45b7e64000 rw-- 00000000 00:00 0
7ffffb784000-7ffffb785000 ---- 00000000 00:00 0                  [stack]
7ffffb785000-7ffffbf84000 rw-- 00000000 00:00 0
7ffffc263000-7ffffc264000 r-x- 00000000 00:00 0                  [vdso]

至少我自己打印的地址似乎与 maps 所说的相符。但是当我在终端中执行 cat/proc/self/maps 时，我得到了这个输出:

00400000-0040b000 r-x- 00000000 00:00 107117                     /bin/cat
0060a000-0060b000 r--- 0000a000 00:00 107117                     /bin/cat
0060b000-0060c000 rw-- 0000b000 00:00 107117                     /bin/cat
0071c000-0073d000 rw-- 00000000 00:00 0                          [heap]
7f7deb933000-7f7debc30000 r--- 00000000 00:00 758714             /usr/lib/locale/locale-archive
7f7debc30000-7f7debdea000 r-x- 00000000 00:00 664435             /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.19.so
7f7debdea000-7f7debdf2000 ---- 001ba000 00:00 664435             /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.19.so
[ ... more .so files ...]
7f7dec222000-7f7dec223000 r--- 00022000 00:00 663920             /lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.19.so
7f7dec223000-7f7dec224000 rw-- 00023000 00:00 663920             /lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.19.so
7f7dec224000-7f7dec225000 rw-- 00000000 00:00 0
7f7dec250000-7f7dec252000 rw-- 00000000 00:00 0
7f7dec260000-7f7dec261000 rw-- 00000000 00:00 0
7f7dec270000-7f7dec272000 rw-- 00000000 00:00 0
7ffff09e8000-7ffff11e8000 rw-- 00000000 00:00 0                  [stack]
7ffff1689000-7ffff168a000 r-x- 00000000 00:00 0                  [vdso]

后一个结果与我阅读的有关该主题的所有内容相匹配:可执行文件的部分映射到虚拟地址空间的低端(从 0x400000 左右开始)。

我在适用于 Windows 的 Linux 子系统(基本上是 Ubuntu 14.04)中执行并编译了所有内容。我知道，它是新东西，但我相当确定这不是子系统的问题(不过请告诉我是否是!)。 Rust 1.14 很重要(我对此表示怀疑)，

我也对 C 程序进行了相同的尝试(请原谅我可能很糟糕的 C):

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char **argv) {
    FILE *test_file;
    char buf[4096];
    if ((test_file = fopen ("/proc/self/maps", "r")) != NULL) {
        while (!feof (test_file)) {
            fgets (buf, sizeof (buf), test_file);
            puts (buf);
        }
    }

    return 0;
}

它输出类似于 cat 的内容:

00400000-00401000 r-x- 00000000 00:00 1325490                    /home/lukas/tmp/a.out
00600000-00601000 r--- 00000000 00:00 1325490                    /home/lukas/tmp/a.out
00601000-00602000 rw-- 00001000 00:00 1325490                    /home/lukas/tmp/a.out

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为什么 Rust 可执行文件映射到堆栈附近的大地址？

Answer 1

使用 rustc -Z print-link-args addr.rs，您可以看到 Rust 编译器将使用的链接器调用。由于当前链接器恰好是cc，我们可以直接为C程序重用这些选项。忽略不重要的参数并一一删除其他参数，我只剩下这个编译器调用:

gcc -fPIC -pie addr.c -o addr-c

像这样编译 C 代码会产生与 Rust 编译的可执行文件相似的地址，表明这些选项中的一个或两个可能是罪魁祸首。这会将问题更改为“为什么 -fPIC 和/或 -pie 映射到这么高的地址？”

我发现了另一个问题 and answer这似乎阐明了这一点:

The PIE binary is linked just as a shared library, and so its default load address (the .p_vaddr of the first LOAD segment) is zero. The expectation is that something will relocate this binary away from zero page, and load it at some random address.

在 Rust 可执行文件上使用 readelf -e，我们可以看到第一个 LOAD 段的虚拟地址为零:

Program Headers:
  Type           Offset             VirtAddr           PhysAddr
                 FileSiz            MemSiz              Flags  Align
  LOAD           0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
                 0x000000000005e6b4 0x000000000005e6b4  R E    200000
  LOAD           0x000000000005ead0 0x000000000025ead0 0x000000000025ead0
                 0x00000000000039d1 0x00000000000049e8  RW     200000

我想这会将问题更改为“为什么选择这些随机地址”，但我不确定这个答案。 ^_^ 直觉 告诉我 ASLR 开始发挥作用。这other answer似乎证实了这一点:

PIE is to support ASLR in executable files.

ASLR 是一种安全技术，可帮助加强程序抵御某些类型的攻击，因此 Rust 以其安全意识的方法尝试默认启用此类功能是有道理的。实际上，每次调用时地址都会发生一点变化:

root@97bcff9a925c:/# ./addr | grep 'r-xp' | grep 'addr'
5587cea9d000-5587ceafc000 r-xp 00000000 00:21 206                        /addr
561d8aae2000-561d8ab41000 r-xp 00000000 00:21 206                        /addr
555c30ffd000-555c3105c000 r-xp 00000000 00:21 206                        /addr
55db249d5000-55db24a34000 r-xp 00000000 00:21 206                        /addr
55e988572000-55e9885d1000 r-xp 00000000 00:21 206                        /addr
560400e1b000-560400e7a000 r-xp 00000000 00:21 206                        /addr