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

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

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            • 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

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                        • 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)

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                              • 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

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                                      • 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

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                                            • 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

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                                                    • 第9行
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                                                      • 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

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                                                            • 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

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                                                                    • 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 armMIPSRISC-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

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                                                                                • 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

                                                                                      image

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                                                                                        image

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                                                                                          • 这是谁的架构呢?

                                                                                          搜索

                                                                                            • 不会了就去搜索😄

                                                                                            image

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                                                                                              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

                                                                                                      image

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                                                                                                          • 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

                                                                                                              image

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                                                                                                                  • 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

                                                                                                                  image

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                                                                                                                      • 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

                                                                                                                            image

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                                                                                                                                • 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

                                                                                                                                                image

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                                                                                                                                                  不移植

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

                                                                                                                                                      image

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                                                                                                                                                          • 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

                                                                                                                                                                      image

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                                                                                                                                                                          • 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

                                                                                                                                                                                image

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                                                                                                                                                                                  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

                                                                                                                                                                                      image

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                                                                                                                                                                                        • 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

                                                                                                                                                                                            image

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                                                                                                                                                                                                • 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

                                                                                                                                                                                                    image

                                                                                                                                                                                                    image.gif编辑

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                                                                                                                                                                                                        • 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

                                                                                                                                                                                                                image

                                                                                                                                                                                                                image.gif编辑

                                                                                                                                                                                                                  • 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
                                                                                                                                                                                                                    • 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?🤔

                                                                                                                                                                                                                                        image

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                                                                                                                                                                                                                                          ​ [oeasy]python3-用vim编辑python文件 [点击并拖拽以移动] 编写 py 文件 🥊 回忆上次内容 上次在解释器里玩耍 了解到字符串就是给一堆字符两边加引号 可以是单引号 也可以是双引号 这样游乐场就知道 这个不是一个名字 而是一个字符串 字符串可以用print函数进行输出 但是print千万不要打错 就连大小写都不能错 我们在游乐场玩了这么久 能否写一个真正的python文件啊?🤔 编辑
                                                                                                                                                                                                                                          0 0
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                                                                                                                                                                                                                                          深度之眼(十三)——Python:类-面向对象的编程(上)
                                                                                                                                                                                                                                          0 0
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                                                                                                                                                                                                                                          深度之眼(九)——python函数--面向过程的编程(下)
                                                                                                                                                                                                                                          0 0
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                                                                                                                                                                                                                                          深度之眼(九)——python函数--面向过程的编程(上)
                                                                                                                                                                                                                                          0 0
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