• [oeasy]python0022_ python虚拟机_反编译_cpu架构_二进制字节码_汇编语言


    程序本质

    回忆上次内容

    • ​python3​​ 的程序是一个 5.3M 的可执行文件
    • 我们通过which命令找到这个python3.8的位置
    • 将这个python3.8复制到我们的用户目录下
    • 这个文件还是能够执行的
    • 将这个文件转化为字节形态
    • 确实可以转化
    • 但是这个文件我们看不懂啊!!!😭

    • 怎么才能看懂这些东西呢?🤔
    • 这个东西我们确实看不懂
    • 但是有人能看懂
    • 谁呢?

    真实的cpu

    • 无论手机还是计算机
    • 最核心器件的器件就是cpu

    • 这个东西是个实实在在存在的实体
    • 这个cpu就能看懂这些字节码吗?

    cpu

    • cpu能看懂这些字节码!!!
    • 这些字节码
    • 我们看不懂的
    • cpu能看懂
    • 这是属于cpu的机器语言
    • 这就是cpu的一条条的机器指令(instruction)

    • 机器指令码都是二进制字节形式的
    • 我们尝试把python3.8转化为字节表现形式

    反汇编-汇编语言助记符

    #先把~/python3对应的机器语言输出为汇编指令形式(反汇编)
    objdump -d python3.8 > python3.8.asm
    vi python3.8.asm
    • 这次真的可以看懂了
    • 减法(sub)
    • 移动(mov)
    • 这些指令

    • 可以发现当前系统的架构(指令集)是x86-64
    • 这些和我们刚才的字节形态有关系吗?

    对比

    • 用vi分窗口分别打开打开python3 和 python3.asm
    vi -o python3.8hex python3.8.asm
    • 下图中上半部分是机器语言

    • 上图下半部分是机器语言对应的汇编指令助记符
    • ctrl+j、ctrl+k可以上下窗口切换
    • 我们来试着找找
    • python3.8文件中
    • 机器语言的0101和cpu的汇编指令的对应关系🧐

    找到了

    • 下面窗格
    • 先跳到第8行
    • endbr64 意味着 64位结束分支
    • 下面就是第9行

    • 第9行
    • ​/48 83​​ 找到上下的对应关系
    • 也就是第一条执行的汇编指令sub
    • sub对应substract 是减法
    • 汇编指令是计算机 cpu 机器指令的助记符

    查找对应关系

    • ​423000​​ 就是初始化(init)的 cpu 开始执行指令的地址
    • 我们在上面查找48 83
    • 看有没有对应的字节
    • /4883 ec08 488b...
    • 在上面的窗格中
    • 搜索这些字节形态

    • 好像找到了对应关系
    • 具体怎么对应的呢?
    • 这台计算机用的是什么指令集呢?
    • 什么是指令集来着?

    指令集

    • 指令集就是指令的集合

    • 指令集也叫计算机的架构
    • 不同架构的 cpu 有不同的指令集
    • 我们目前的这个浏览器里面的系统用的是 ​​x86-64​
    • 除此之外 ​​arm​​、​​MIPS​​、​​RISC-V​​ 也是常用的指令集
    • 指令助记符和机器语言到底是则怎么对应的呢?

    回到代码

    • 代码会有不同的 ​​section​​ 模块
    • 入口是 ​​init​
    • 作用是初始化​​initialization​

    • 模块里面是具体的指令
    • 比如第一句 ​​48 83 ec 08​
    • 为什么48 83 就可以代表减法
    • 这是谁规定的呢?

    查看指令集

    • 这是cpu架构规定的
    • 首先要明确到当前机器的cpu的架构
    • 反汇编里面说是x86-64

    • 到shell里面验证一下

    • 当前机器所用的架构指令集确实是x86-64
    • 这是谁的架构呢?

    搜索

    • 不会了就去搜索😄

    • 去intel官网找指令集

    查询x86_64指令集

    • 找到cpu的手册
    • 可以找到指令和二进制状态之间的关系么?
    • 先要找到x86-64指令集中 48 83 这条指令

    • 注意上图中
    • 100B中的B是0或1
    • 100B可以是1000
    • 也可以是1001
    • 这确实是一条减法指令
    • 而且是8位立即数和寄存器的减法运算

    逐步搜索

    • 找起来真的很费劲
    • ​48 83 ec 08​​ 对应 ​​sub $0x8,%rsp​
    • 确实是一条减法指令
    • 确实是8位立即数和寄存器的减法运算

    • 和objdump的结果是一致的
    • 废话!!!😠
    • 除了减法指令sub之外
    • 还有什么别的指令呢?

    更多cpu指令

    • 指令那可还有很多的
    • 有运算的
    • 有移位的
    • 加减乘除都有

    • 这些指令的集合就是指令集
    • 指令集就是cpu运行的基础!
    • 这些机器语言的指令不能在别的指令集架构上运行么?

    移植 port

    • 想在别的指令集架构上运行程序
    • 就需要移植(port)
    • 移植(port)指的是从一种指令集移植到另一种指令集
    • 从这个词的词源
    • 可以看出欧美的航海文化基础
    • port 港口
    • 也可以看出我们的农耕文化基础
    • 移植

    • 不移植会如何呢?

    不移植

    • 这是playstation2的架构图
    • cpu是mips架构的

    • 不移植的话
    • 就是让x86架构的pc
    • 去直接执行这些基于mips架构的的0101... 字节码
    • 就像让一个意大利泥瓦匠看一份中文写成的烹饪书来砌墙
    • 鸡同鸭讲
    • 驴唇不对马嘴
    • 0101的文件执行出来全是乱的
    • 完全不能用
    • 而且不全是软件的问题
    • 也涉及到硬件等方面
    • 可能某个寄存器在新架构中根本就不存在

    架构师

    • 这个时候架构师要解决相当多的问题
    • 很不容易的

    • 落实到我们的python3.8游乐场
    • 我们的python3.8就是这样的一系列的cpu指令
    • 可以解释py文件的
    • python3.8 又是如何解释py文件的来着?

    python3 执行过程

    • 不管是python3.8这个游乐场
    • 还是hello.py这个python程序
    • 都在我们的硬盘上

    • 先得把文件从硬盘读到内存

    python3 执行的过程大致是这样

    • 先把python3.8这个主解释器加载到内存中
    • 然后在x86-64的cpu上执行
    • 模拟出一台python虚拟机

    • 对py文件解释执行
    • 那为什么py程序可以跨架构跨平台呢?

    架构的层次

    • 不同架构的 cpu 都可以运行 python
    • risc-v
    • arm
    • x64
    • mips
    • 龙芯

    • 不同系统的环境都可以运行 python
    • win
    • mac
    • linux
    • freebsd

    跨架构跨平台原理

    • 由于python3.8 的源文件
    • 被不同的架构的编译器 编译后
    • 被部署到 不同的cpu架构和系统上
    • 所以同样的py文件被加载之后
    • python程序可以对py文件跨架构、跨系统进行解释执行
    • 一次编写到处运行

    • 不同的架构下
    • 汇编指令都不一样
    • 怎么能正确解释执行同样的python程序呢?

    跨架构跨平台原理

    • ​/usr/bin/python3.8​​ 本身是二进制文件
    • 是基于当前操作系统当前架构编译出来的
    • 可执行二进制文件
    • 不同的架构有不同的编译器
    • 不同的编译器编译出来的python3.8
    • 是不同的二进制指令序列

    • ​python3.8​​ 构建了一个运行时环境
    • 这个环境可以解释读到的​​python语句​
    • 把​​python语句​​翻译成系统能读懂输入输出
    • 翻译成当前架构能够执行的代码
    • 然后边解释边执行
    • 恭喜您完成了非常烧脑一个实验!
    • 我们去总结吧!!!

    总结

    • ​python3​​ 的程序是一个 5.3M 的可执行文件
    • ​python3​​ 里面全都是 cpu 指令
    • 可以执行的那种
    • 我们可以把指令对应的汇编找到
    • ​objdump -d ~/python3 > python3.asm​
    • 汇编语句是和当前机器架构的指令集相关的
    • ​uname -a​​可以查询指令集
    • 我们执行的过程其实就
    • 系统执行​​python3​​这个可执行文件
    • 给了​​python3​​一个参数​​hello.py​
    • ​python3​​对于​​hello.py​​一句句的解释执行
    • 在显示器输出了​​hello world​
    • ​python3​​执行完毕
    • 把控制权交回给 shell
    • 这就是我们执行​​hello.py​​的过程
    • 我想输出个稍微复杂点的东西
    • 可以做下面这个框架标题吗?🤔

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  • 原文地址:https://blog.csdn.net/overmind/article/details/128106585