18、调试器内部机制与程序优化

调试器内部机制与程序优化

1. 调试器基本操作原理

调试器是从中立视角检查运行中程序状态的工具，主要分为机器级调试器和符号调试器。

机器级调试器以程序的原始机器状态来查看程序，原始机器状态包括处理器寄存器的内容和程序内存的内容。符号调试器则从例程和变量等高级结构的角度查看程序，程序的状态由其变量中存储的值定义。符号调试器严重依赖符号表的存在，符号表将程序结构映射到内存位置。调试符号信息由编译器插入，然后由链接器排列成最终形式。不同的可执行文件格式（如 ELF、COFF、PE 等）有各自存储调试符号信息的方式。

在调试过程中，有两种基本的操作：单步进入和单步跳出代码。
- 单步跳出代码 ：当源代码级调试器单步跳出一个例程时，它会在例程的激活记录中查找返回地址。然后保存该返回地址处机器指令的操作码，并将其替换为断点。当程序继续执行时，例程将完成其余语句并跳转到返回地址，执行路径会命中断点，程序控制将交还给调试器。
- 单步越过代码 ：当源代码级调试器单步越过一条语句时，它会查询程序的符号表以确定该语句在内存中的地址范围。确定语句结束位置后，保存该语句后面第一条机器指令的操作码，并将其替换为断点。当执行恢复时，调试器只有在执行路径遍历完该语句后才会重新获得程序控制权。

2. 防止程序被调试的策略

为了增加恶意工程师逆向工程程序的难度，可以采取以下几种策略：
- 系统调用 ：一些操作系统提供特殊调用，用于指示当前进程是否在调试器的控制下执行。例如，Windows 中的 KERNEL32.DLL 导出了一