关于python:oeasypython0022-python虚拟机反编译cpu架构二进制字节码汇编语言

程序实质

回顾上次内容

• python3 的程序是一个 5.3M 的可执行文件

  • 咱们通过which命令找到这个python3.8的地位
  • 将这个python3.8复制到咱们的用户目录下
  • 这个文件还是可能执行的

• 将这个文件转化为字节状态

  • 的确能够转化
  • 然而这个文件咱们看不懂啊！！！😭

• 怎么才能看懂这些货色呢？🤔

  • 这个货色咱们的确看不懂

• 然而有人能看懂

  • 谁呢？

实在的cpu

• 无论手机还是计算机

  • 最外围器件的器件就是cpu

• 这个货色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

  • 咱们看不懂的
  • 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模式的

  • 咱们尝试把python3.8转化为字节表现形式

反汇编-汇编语言助记符

#先把~/python3对应的机器语言输入为汇编指令模式(反汇编)
objdump -d python3.8 > python3.8.asm
vi python3.8.asm

• 这次真的能够看懂了

  • 减法(sub)
  • 挪动(mov)
  • 这些指令

• 能够发现以后零碎的架构(指令集)是x86-64
• 这些和咱们方才的字节状态有关系吗？

比照

• 用vi分窗口别离关上关上python3 和 python3.asm

vi -o python3.8hex python3.8.asm

• 下图中上半局部是机器语言

• 上图下半局部是机器语言对应的汇编指令助记符
• ctrl+j、ctrl+k能够高低窗口切换

• 咱们来试着找找

  • 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

• 上面窗格

  • 先跳到第8行
  • endbr64 意味着 64位完结分支
  • 上面就是第9行

• 第9行

  • /48 83 找到高低的对应关系
  • 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

• 咱们在下面查找48 83

  • 看有没有对应的字节
  • /4883 ec08 488b…
  • 在下面的窗格中
  • 搜寻这些字节状态

• 如同找到了对应关系

  • 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

• 指令集就是指令的汇合

• 指令集也叫计算机的架构

• 不同架构的 cpu 有不同的指令集

  • 咱们目前的这个浏览器外面的零碎用的是 x86-64
  • 除此之外 arm、MIPS、RISC-V 也是罕用的指令集
• 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

• 模块外面是具体的指令

  • 比方第一句 48 83 ec 08
• 为什么48 83 就能够代表减法
• 这是谁规定的呢？

查看指令集

• 这是cpu架构规定的

  • 首先要明确到以后机器的cpu的架构
  • 反汇编外面说是x86-64

• 到shell外面验证一下

• 以后机器所用的架构指令集的确是x86-64
• 这是谁的架构呢？

搜寻

• 不会了就去搜寻😄

• 去intel官网找指令集

查问x86_64指令集

• 找到cpu的手册

  • https://www.intel.com/content…

• 能够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

• 留神上图中

  • 100B中的B是0或1
  • 100B能够是1000
  • 也能够是1001

• 这的确是一条减法指令

  • 而且是8位立刻数和寄存器的减法运算

逐渐搜寻

• 找起来真的很吃力

  • 48 83 ec 08 对应 sub $0x8,%rsp
  • 的确是一条减法指令
  • 的确是8位立刻数和寄存器的减法运算

• 和objdump的后果是统一的

  • 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

• 这些指令的汇合就是指令集

  • 指令集就是cpu运行的根底！
• 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

  • 就须要移植(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

  • 能够看出欧美的航海文化根底

    • port 港口

  • 也能够看出咱们的农耕文化根底

    • 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
  • 去间接执行这些基于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的文件执行进去全是乱的
  • 齐全不能用

• 而且不全是软件的问题

  • 也波及到硬件等方面
  • 可能某个寄存器在新架构中基本就不存在

架构师

• 这个时候架构师要解决相当多的问题

  • 很不容易的

• 落实到咱们的python3.8游乐场

  • 咱们的python3.8就是这样的一系列的cpu指令
  • 能够解释py文件的
• python3.8 又是如何解释py文件的来着？

python3 执行过程

• 不论是python3.8这个游乐场

  • 还是hello.py这个python程序
  • 都在咱们的硬盘上

• 先得把文件从硬盘读到内存

python3 执行的过程大抵是这样

• 先把python3.8这个主解释器加载到内存中

  • 而后在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程序能够跨架构跨平台呢？

架构的档次

• 不同架构的 cpu 都能够运行 python

  • risc-v
  • arm
  • x64
  • mips
  • 龙芯

• 不同零碎的环境都能够运行 python

  • win
  • mac
  • linux
  • freebsd

跨架构跨平台原理

• 因为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架构和零碎上
  • 所以同样的py文件被加载之后
  • python程序能够对py文件跨架构、跨零碎进行解释执行
  • 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 自身是二进制文件

  • 是基于以后操作系统以后架构编译进去的

    • 可执行二进制文件
  • 不同的架构有不同的编译器
  • 不同的编译器编译进去的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

  • 这个环境能够解释读到的python语句
  • 把python语句翻译成零碎能读懂输入输出
  • 翻译成以后架构可能执行的代码
• 而后边解释边执行
• 祝贺您实现了十分烧脑一个试验！
• 咱们去总结吧！！！

总结

• python3 的程序是一个 5.3M 的可执行文件

  • python3 外面全都是 cpu 指令
  • 能够执行的那种

  • 咱们能够把指令对应的汇编找到

    • objdump -d ~/python3 > python3.asm

• 汇编语句是和以后机器架构的指令集相干的

  • uname -a能够查问指令集

• 咱们执行的过程其实就

  • 零碎执行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
  • 在显示器输入了hello world
  • python3执行结束
  • 把控制权交回给 shell
• 这就是咱们执行hello.py的过程

• 我想输入个略微简单点的货色

  • 能够做上面这个框架题目吗？🤔

• 咱们下次再说！👋
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