CTF-All-In-One/doc/1.3_linux_basic.md

# Linux 基础

- [常用基础命令](#常用基础命令)
- [根目录结构](#根目录结构)
- [进程管理](#进程管理)
- [UID 和 GID](#uid-和-gid)
- [权限设置](#权限设置)
- [字节序](#字节序)
- [输入输出](#输入输出)
- [文件描述符](#文件描述符)
- [核心转储](#核心转储)
- [调用约定](#调用约定)


## 常用基础命令
```text
ls                  用来显示目标列表

cd [path]           用来切换工作目录

pwd                 以绝对路径的方式显示用户当前工作目录

man [command]       查看Linux中的指令帮助、配置文件帮助和编程帮助等信息

apropos [whatever]  在一些特定的包含系统命令的简短描述的数据库文件里查找关键字

cat [file]          连接文件并打印到标准输出设备上

less [file]         允许用户向前或向后浏览文字档案的内容

mv [file1] [file2]  用来对文件或目录重新命名，或者将文件从一个目录移到另一个目录中

cp [file1] [file2]  用来将一个或多个源文件或者目录复制到指定的目的文件或目录

rm [file]           可以删除一个目录中的一个或多个文件或目录，也可以将某个目录及其下属的所有文件及其子目录均删除掉

nano / vim / emacs  字符终端的文本编辑器
```
```text
管道命令符 "|"       将一个命令的标准输出作为另一个命令的标准输入
```


## 根目录结构
```text
$ uname -a
Linux manjaro 4.11.5-1-ARCH #1 SMP PREEMPT Wed Jun 14 16:19:27 CEST 2017 x86_64 GNU/Linux
$ ls -al /
drwxr-xr-x  17 root root  4096 Jun 28 20:17 .
drwxr-xr-x  17 root root  4096 Jun 28 20:17 ..
lrwxrwxrwx   1 root root     7 Jun 21 22:44 bin -> usr/bin
drwxr-xr-x   4 root root  4096 Aug 10 22:50 boot
drwxr-xr-x  20 root root  3140 Aug 11 11:43 dev
drwxr-xr-x 101 root root  4096 Aug 14 13:54 etc
drwxr-xr-x   3 root root  4096 Apr  8 19:59 home
lrwxrwxrwx   1 root root     7 Jun 21 22:44 lib -> usr/lib
lrwxrwxrwx   1 root root     7 Jun 21 22:44 lib64 -> usr/lib
drwx------   2 root root 16384 Apr  8 19:55 lost+found
drwxr-xr-x   2 root root  4096 Oct  1  2015 mnt
drwxr-xr-x  15 root root  4096 Jul 15 20:10 opt
dr-xr-xr-x 267 root root     0 Aug  3 09:41 proc
drwxr-x---   9 root root  4096 Jul 22 22:59 root
drwxr-xr-x  26 root root   660 Aug 14 21:08 run
lrwxrwxrwx   1 root root     7 Jun 21 22:44 sbin -> usr/bin
drwxr-xr-x   4 root root  4096 May 28 22:07 srv
dr-xr-xr-x  13 root root     0 Aug  3 09:41 sys
drwxrwxrwt  36 root root  1060 Aug 14 21:27 tmp
drwxr-xr-x  11 root root  4096 Aug 14 13:54 usr
drwxr-xr-x  12 root root  4096 Jun 28 20:17 var
```
由于不同的发行版会有略微的不同，我们这里使用的是基于 Arch 的发行版 Manjaro，以上就是根目录下的内容，我们介绍几个重要的目录：
- `/bin`、`/sbin`：链接到 `/usr/bin`，存放 Linux 一些核心的二进制文件，其包含的命令可在 shell 上运行。
- `/boot`：启动 Linux 的核心文件。
- `/dev`：设备文件。
- `/etc`：存放各种配置文件。
- `/home`：普通用户的主目录。
- `/lib`、`/lib64`：链接到 `/usr/lib`，存放系统及软件需要的动态链接库。
- `/mnt`：这个目录让用户可以临时挂载其他的文件系统。
- `/proc`：虚拟的目录，是系统内存的映射。可直接访问这个目录来获取系统信息。
- `/root`：系统管理员的主目录。
- `tmp`：公用的临时文件存放目录。
- `usr`：应用程序和文件几乎都在这个目录下。


## 进程管理
- top
 - 可以实时动态地查看系统的整体运行情况。
- ps
 - 用于报告当前系统的进程状态。可以搭配 kill 指令随时中断、删除不必要的程序。
 - 查看某进程的状态：`$ ps -aux | grep [file]`，其中返回内容最左边的数字为进程号（PID）。
- kill
 - 用来删除执行中的程序或工作。
 - 删除进程某 PID 指定的进程：`$ kill [PID]`


## UID 和 GID
Linux 是一个支持多用户的操作系统，每个用户都有 User ID(UID) 和 Group ID(GID)，UID 是对一个用户的单一身份标识，而 GID 则对应多个 UID。知道某个用户的 UID 和 GID 是非常有用的，一些程序可能就需要 UID/GID 来运行。可以使用 `id` 命令来查看：
```text
$ id root
uid=0(root) gid=0(root) groups=0(root),1(bin),2(daemon),3(sys),4(adm),6(disk),10(wheel),19(log)
$ id firmy
uid=1000(firmy) gid=1000(firmy) groups=1000(firmy),3(sys),7(lp),10(wheel),90(network),91(video),93(optical),95(storage),96(scanner),98(power),56(bumblebee)
```
UID 为 0 的 root 用户类似于系统管理员，它具有系统的完全访问权。我自己新建的用户 firmy，其 UID 为 1000，是一个普通用户。GID 的关系存储在 `/etc/group` 文件中：
```text
$ cat /etc/group
root:x:0:root
bin:x:1:root,bin,daemon
daemon:x:2:root,bin,daemon
sys:x:3:root,bin,firmy
......
```
所有用户的信息（除了密码）都保存在 `/etc/passwd` 文件中，而为了安全起见，加密过的用户密码保存在 `/etc/shadow` 文件中，此文件只有 root 权限可以访问。
```text
$ sudo cat /etc/shadow
root:$6$root$wvK.pRXFEH80GYkpiu1tEWYMOueo4tZtq7mYnldiyJBZDMe.mKwt.WIJnehb4bhZchL/93Oe1ok9UwxYf79yR1:17264::::::
firmy:$6$firmy$dhGT.WP91lnpG5/10GfGdj5L1fFVSoYlxwYHQn.llc5eKOvr7J8nqqGdVFKykMUSDNxix5Vh8zbXIapt0oPd8.:17264:0:99999:7:::
```
由于普通用户的权限比较低，这里使用 `sudo` 命令可以让普通用户以 root 用户的身份运行某一命令。使用 `su` 命令则可以切换到一个不同的用户：
```text
$ whoami
firmy
$ su root
# whoami
root
```
`whoami` 用于打印当前有效的用户名称，shell 中普通用户以 `$` 开头，root 用户以 `#` 开头。在输入密码后，我们已经从 firmy 用户转换到 root 用户了。


## 权限设置
在　Linux 中，文件或目录权限的控制分别以读取、写入、执行 3 种一般权限来区分，另有 3 种特殊权限可供运用。

使用 `ls -l [file]` 来查看某文件或目录的信息：
```text
$ ls -l /
lrwxrwxrwx   1 root root     7 Jun 21 22:44 bin -> usr/bin
drwxr-xr-x   4 root root  4096 Jul 28 08:48 boot
-rw-r--r--   1 root root 18561 Apr  2 22:48 desktopfs-pkgs.txt
```
第一栏从第二个字母开始就是权限字符串，权限表示三个为一组，依次是所有者权限、组权限、其他人权限。每组的顺序均为 `rwx`，如果有相应权限，则表示成相应字母，如果不具有相应权限，则用 `-` 表示。
 - `r`：读取权限，数字代号为 “4”
 - `w`：写入权限，数字代号为 “2”
 - `x`：执行或切换权限，数字代号为 “1”；

通过第一栏的第一个字母可知，第一行是一个链接文件 （`l`），第二行是个目录（`d`），第三行是个普通文件（`-`）。

用户可以使用 `chmod` 指令去变更文件与目录的权限。权限范围被指定为所有者（`u`）、所属组（`g`）、其他人（`o`）和所有人（`a`）。
- -R：递归处理，将指令目录下的所有文件及子目录一并处理；
- <权限范围>+<权限设置>：开启权限范围的文件或目录的该选项权限设置
 - `$ chmod a+r [file]`：赋予所有用户读取权限
- <权限范围>-<权限设置>：关闭权限范围的文件或目录的该选项权限设置
 - `$ chmod u-w [file]`：取消所有者写入权限
- <权限范围>=<权限设置>：指定权限范围的文件或目录的该选项权限设置；
 - `$ chmod g=x [file]`：指定组权限为可执行
 - `$ chmod o=rwx [file]`：制定其他人权限为可读、可写和可执行


## 字节序
目前计算机中采用两种字节存储机制：大端（Big-endian）和小端（Little-endian）。

>MSB (Most Significan Bit/Byte)：最重要的位或最重要的字节。
>
>LSB (Least Significan Bit/Byte)：最不重要的位或最不重要的字节。

Big-endian 规定 MSB 在存储时放在低地址，在传输时放在流的开始；LSB 存储时放在高地址，在传输时放在流的末尾。Little-endian 则相反。常见的 Intel 处理器使用 Little-endian，而 PowerPC 系列处理器则使用 Big-endian，另外 TCP/IP 协议和 Java 虚拟机的字节序也是 Big-endian。

例如十六进制整数 0x12345678 存入以 1000H 开始的内存中：

![](../pic/1.3_byte_order.png)

我们在内存中实际地看一下，在地址 `0xffffd584` 处有字符 `1234`，在地址 `0xffffd588` 处有字符 `5678`。
```text
gdb-peda$ x/w 0xffffd584
0xffffd584:     0x34333231
gdb-peda$ x/4wb 0xffffd584
0xffffd584:     0x31    0x32    0x33    0x34
gdb-peda$ python print('\x31\x32\x33\x34')
1234

gdb-peda$ x/w 0xffffd588
0xffffd588:     0x38373635
gdb-peda$ x/4wb 0xffffd588
0xffffd588:     0x35    0x36    0x37    0x38
gdb-peda$ python print('\x35\x36\x37\x38')
5678

gdb-peda$ x/2w 0xffffd584
0xffffd584:     0x34333231      0x38373635
gdb-peda$ x/8wb 0xffffd584
0xffffd584:     0x31    0x32    0x33    0x34    0x35    0x36    0x37    0x38
gdb-peda$ python print('\x31\x32\x33\x34\x35\x35\x36\x37\x38')
123455678
db-peda$ x/s 0xffffd584
0xffffd584:     "12345678"
```


## 输入输出
- 使用命令的输出作为可执行文件的输入参数
 - ```$ ./vulnerable 'your_command_here'```
 - ```$ ./vulnerable $(your_command_here)```
- 使用命令作为输入
 - ```$ your_command_here | ./vulnerable```
- 将命令行输出写入文件
 - ```$ your_command_here > filename```
- 使用文件作为输入
 - ```$ ./vulnerable < filename```


## 文件描述符
在 Linux 系统中一切皆可以看成是文件，文件又分为：普通文件、目录文件、链接文件和设备文件。文件描述符（file descriptor）是内核管理已被打开的文件所创建的索引，使用一个非负整数来指代被打开的文件。

标准文件描述符如下：

文件描述符 | 用途 | stdio 流
--- | --- | ---
0 | 标准输入 | stdin
1 | 标准输出 | stdout
2 | 标准错误 | stderr

当一个程序使用 `fork()` 生成一个子进程后，子进程会继承父进程所打开的文件表，此时，父子进程使用同一个文件表，这可能导致一些安全问题。如果使用 `vfork()`，子进程虽然运行于父进程的空间，但拥有自己的进程表项。


## 核心转储
当程序运行的过程中异常终止或崩溃，操作系统会将程序当时的内存、寄存器状态、堆栈指针、内存管理信息等记录下来，保存在一个文件中，这种行为就叫做核心转储（Core Dump）。

#### 会产生核心转储的信号
Signal | Action | Comment
--- | --- | ---
SIGQUIT | Core | Quit from keyboard
SIGILL | Core | Illegal Instruction
SIGABRT | Core | Abort signal from abort
SIGSEGV | Core | Invalid memory reference
SIGTRAP | Core | Trace/breakpoint trap

#### 开启核心转储
- 输入命令 `ulimit -c`，输出结果为 `0`，说明默认是关闭的。
- 输入命令 `ulimit -c unlimited` 即可在当前终端开启核心转储功能。
- 如果想让核心转储功能永久开启，可以修改文件 `/etc/security/limits.conf`，增加一行：
  ```
  #<domain>      <type>  <item>         <value>
  *               soft    core            unlimited
  ```

#### 修改转储文件保存路径
- 通过修改 `/proc/sys/kernel/core_uses_pid`，可以使生成的核心转储文件名变为 `core.[pid]` 的模式。
  ```
  # echo 1 > /proc/sys/kernel/core_uses_pid
  ```
- 还可以修改 `/proc/sys/kernel/core_pattern` 来控制生成核心转储文件的保存位置和文件名格式。
  ```
  # echo /tmp/core-%e-%p-%t > /proc/sys/kernel/core_pattern
  ```
  此时生成的文件保存在 `/tmp/` 目录下，文件名格式为 `core-[filename]-[pid]-[time]`。

#### 使用 gdb 调试核心转储文件
```text
$ gdb [filename] [core file]
```

#### 例子
```text
$ cat core.c
#include <stdio.h>
void main(int argc, char **argv) {
    char buf[5];
    scanf("%s", buf);
}
$ gcc -m32 -fno-stack-protector core.c
$ ./a.out
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
Segmentation fault (core dumped)
$ file /tmp/core-a.out-12444-1503198911
/tmp/core-a.out-12444-1503198911: ELF 32-bit LSB core file Intel 80386, version 1 (SYSV), SVR4-style, from './a.out', real uid: 1000, effective uid: 1000, real gid: 1000, effective gid: 1000, execfn: './a.out', platform: 'i686'
$ gdb a.out /tmp/core-a.out-12444-1503198911 -q
Reading symbols from a.out...(no debugging symbols found)...done.
[New LWP 12444]
Core was generated by `./a.out'.
Program terminated with signal SIGSEGV, Segmentation fault.
#0  0x5655559b in main ()
gdb-peda$ info frame
Stack level 0, frame at 0x41414141:
 eip = 0x5655559b in main; saved eip = <not saved>
 Outermost frame: Cannot access memory at address 0x4141413d
 Arglist at 0x41414141, args:
 Locals at 0x41414141, Previous frame's sp is 0x41414141
Cannot access memory at address 0x4141413d
```


## 调用约定
函数调用约定是对函数调用时如何传递参数的一种约定。关于它的约定有许多种，下面我们分别从内核接口和用户接口介绍 32 位和 64 位 Linux 的调用约定。

#### 内核接口
**x86-32 系统调用约定**：Linux 系统调用使用寄存器传递参数。`eax` 为 syscall_number，`ebx`、`ecx`、`edx`、`esi`、`ebp` 用于将 6 个参数传递给系统调用。返回值保存在 `eax` 中。所有其他寄存器（包括 EFLAGS）都保留在 `int 0x80` 中。

**x86-64 系统调用约定**：内核接口使用的寄存器有：`rdi`、`rsi`、`rdx`、`r10`、`r8`、`r9`。系统调用通过 `syscall` 指令完成。除了 `rcx`、`r11` 和 `rax`，其他的寄存器都被保留。系统调用的编号必须在寄存器 `rax` 中传递。系统调用的参数限制为 6 个，不直接从堆栈上传递任何参数。返回时，`rax` 中包含了系统调用的结果。而且只有 INTEGER 或者 MEMORY 类型的值才会被传递给内核。

#### 用户接口
**x86-32 函数调用约定**：参数通过栈进行传递。最后一个参数第一个被放入栈中，直到所有的参数都放置完毕，然后执行 call 指令。这也是 Linux 上 C 语言函数的方式。

**x86-64 函数调用约定**：x86-64 下通过寄存器传递参数，这样做比通过栈有更高的效率。它避免了内存中参数的存取和额外的指令。根据参数类型的不同，会使用寄存器或传参方式。如果参数的类型是 MEMORY，则在栈上传递参数。如果类型是 INTEGER，则顺序使用 `rdi`、`rsi`、`rdx`、`rcx`、`r8` 和 `r9`。所以如果有多于 6 个的 INTEGER 参数，则后面的参数在栈上传递。