IOCLA curs 02 Arhitectura x86 - ERASMUS...

Curs2–Arhitecturax86 1

Arhitecturax86De citit: Dandamudi capitolele 3, 14

Modificat:Oct-14-18


Cuprinscurs2

•  Familiax86•  Registrele*  Data*  Pointer,index*  Control*  Segment

•  Modulprotejat*  RegistreleSegment*  Descriptoridesegment*  Tabelededescriptori*  Modeledesegmentare

•  Modulreal•  Segmentare,Paginare•  Întreruperi•  Demosasm,gdb•  Instrucţiunimov,add,

jmp


IstoriculprocesoarelorIntelProcesor An Frecvenţa Tranzistoare Registre Busdate Maxaddr

4004 1969 0.74 2.3K 4 12 4K

8080 1974 2 4.5K 8 16 64K

8086 1978 8 29K 16 16 1MB

80386 1985 20 275K 32 32 4GB

Pentium 1993 60 3.1M 32 40? 4GB

Pentium4 2000 1500 42M 32 64GB

Core2 2006 3000 291M 64 64GB

Corei7 2008 3400 1.4G 64 64GB

XeonE5 2012 3600 5.5G 64 768GB


Arhitecturax86


•  Registrede32biţipotfifolosite*  Pe32biţi(EAX,EBX,ECX,EDX)*  Pe16biţi(AX,BX,CX,DX)*  Pe8bitbiţi(AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DL)

•  Uneleregistreauutilizărispeciale*  ECXestenumăratorpentruinstrucţiunealoop

x86registrepe32biţi


•  Douăregistreindex*  16sau32biţi*  Instrucţiunipestringuri*  source(SI);destination

(DI)*  Potfifolositeînscop

general

•  Douăregistrepointer*  16sau32-biţi*  Exclusivpentrustivă



EFLAGS(Indicatoriidestare)•  CF(CarryFlag)-indicatordetransport-reflectatransportulinexterioralbitului

celmaisemnificativalrezultatuluioperatiiloraritmetice.Astfel,acestindicatorpoatefifolositincazuloperatiilorindublaprecizie.ValoareaCF=1semnificafietransportlaadunarefieimprumutlascadere.Deasemenea,indicatorulCFestemodificatsideinstructiunilededeplasaresirotatie.

•  PF(ParityFlag)-indicatordeparitate-este1dacarezultatulareparitatepara(contineunnumarpardebiti1).Acestindicatorestefolositdeinstructiuniledearitmeticazecimala.

•  AF(AuxiliaryCarryFlag)-indicatordetransportauxiliar-este1dacaafosttransportdelajumatateadeoctetinferioaralajumatateadeoctatesuperioara(delabitul3labitul4).Acestindicatorestefolositdeinstructiuniledearitmeticazecimala.

•  ZF(ZeroFlag)-indicatoruldezero-este1dacarezultatuloperatieiafostzero.•  SF(SignFlag)-indicatoruldesemn-este1dacacelmaisemnificativbital

rezultatului(MSb)este1,adicainreprezentareanumerelorincomplementfatade2(C2)rezultatulestenegativ(aresemn-).

•  OF(OverflowFlag)-indicatoruldedepasirearitmetica(agameidevaloriposibildereprezentat)-este1dacadimensiunearezultatuluidepasestecapacitatealocatieidedestinatiesiafostpierdutunbit(indicalavalorilecusemnfaptulcase"altereaza"semnul).

C2 8


EFLAGS(Indicatoriidecontrol)

•  DF(DirectionFlag)–esteutilizatdeinstrucţiunilepeşirurişispecificădirecţiadeparcurgereaacestora:*  0–şirurileseparcurgdelaadresemicispreadresemari;*  1–şirurilesuntparcurseinvers.

•  IF(InterruptFlag)–acestindicatorcontroleazăacceptareasemnalelordeîntrerupereexternă.DacăIF=1esteactivatsistemuldeîntreruperi,adicăsuntacceptatesemnaledeîntrerupereexternă(mascabile,peliniaINTR);altfel,acesteasuntignorate.Indicatorulnuareinfluenţăasuprasemnaluluideîntreruperenemascabilă–NMI.

•  TF(TraceFlag)–esteutilizatpentrucontrolulexecuţieiinstrucţiunilorînregimpascupas(instrucţiunecuinstrucţiune),înscopuldepanăriiprogramelor.Dacăindicatoruleste1,dupăexecuţiafiecăreiinstrucţiunisevageneraunsemnaldeîntrerupereintern(penivelul1).Evident,execuţiasecvenţeidetratareaacesteiîntreruperisevafacecuindicatorulTF=0.

C2 9



•  registredecontrol*  EIP

»  Instructionpointer(instrucţiuneacurentă)*  EFLAGS

»  Statusflags–  Seactualizeazădupăoperaţiiaritmetice/logice

»  Directionflag–  Forward/backwarddirecţiacopierii

»  Systemflags–  IF:activareintreruperi–  TF:Trapflag(pentrudebugging)



•  Registresegment*  16biţi*  Memoriasegmentată*  Conţinutdistinct

»  Code»  Data»  Stack


Modurile86

•  Toateprocesoarelex86audouămoduriimportante*  Modul“real”

»  Adreseșiregistrepe16biţi»  Memorie1MB

–  640Kshouldbeenoughforeveryone»  Folositdupăreset(grub)

*  Modulprotejat»  Registrede32biţi»  Segmentareșipaginare»  Protecţiakerneluluișiaproceselor»  FolositdeLinux,Windows


•  Segmentarea&paginarea=translatareadrese32biţi•  Segmentarea:adreselogice→ adreselineare•  Paginarea:adreselineare→ adresefizice•  Segmentare,paginare->cursurileSO,SO2

ModulProtejat

(ceadinprogram)


Imagineaunuiprocesînmemorie

Adreselogice(înprogram)

http://duartes.org/gustavo/blog/post/anatomy-of-a-program-in-memory/


Adresareamemoriei


Adresareamemoriei

calcululadreseilogice

:[++]]]Registrusegment

Registrudebaza

Registruindex

Deplasament

AdresadeoffsetAdresadesegment


Adresareamemoriei

mov eax, [mybuffer + ebx + esi*4 + 9] ; un dword

mov ebx, mybuffer ; adresa lui mybuffer, deci valoare imediată


Procesareaîntreruperilor

De citit: Capitol 14, fără 14.3


Cesuntîntreruperile?

•  Intreruperilealtereazăfluxulprogramului*  Comportamentsimilarapeluluideprocedură*  Existădiferenţesemnificative

•  IntrerupereatransferăcontrolulcătreISR*  ISR=interruptserviceroutine,interrupthandler

•  LaterminareaISRprogramuloriginalcontinuă•  Intreruperile=modefficientdeatrataevenimente

neanticipate


Intreruperivs.Proceduri

Intreruperi

•  Iniţiatedesoftwaresauhardware

•  Trateazăevenimenteanticipateșineanticipate

•  ISRsuntmereuînmemorie•  Suntidentificatecunumere•  registrulEFLAGSsalvat

automat

Proceduri

•  Iniţiatedoardesoftware•  Trateazăevenimente

anticipatedinprogram•  Suntîncărcatecuprogramul•  Suntidentificatecunume•  NusalveazăregistrulEFLAGS


Taxonomiaîntreruperilor


Declanșareauneiîntreruperi

1.  PushEFLAGSontothestack2.  ClearIF&TF(interruptandtrapflags)*  Sedezactiveazăalteîntreruperi

3.  PushCSandEIPontothestack4.  seîncarcăCS:EIPdinIDT(interruptdescriptiontable)


InterruptFlag

•  IF(Interruptflag)[dez]activeazăîntreruperile•  IF==0→ nusepermitîntreruperi*  Instrucţiuneacli(clearinterrupts)*  LadeclanșareaintreruperiiIFdevine0*  Instrucţiuneasti(setinterrupts)


ÎntoarcereadinISR

• UltimainstrucţiunedinISResteiret

• Acţiunileexecutatelairetsunt:1.  PopEIP2.  PopCS3.  PopEFLAGS

•  ISRsuntresponsiblepentru*  ArestauraTOATEregistrelefolosite*  Anulăsadatepestivă


Excepţii

•  3tipuri:Fault,Trap,Abort•  Faultșitrapsuntdeclanșateîntreinstrucţiuni• Abortedeclanșatălaerorisevere*  Erorihardware*  Valoriinconsistenteînsistem


FaultșiTrap

•  Fault»  Sedeclanșeazăînaintedeinstrucţiuneaîncauză»  Sereporneșteinstrucţiunea»  Exemplu:page-not-foundfault

•  Trap»  Sedeclanșeazădupăinstrucţiuneaîncauză»  NUsereporneșteinstrucţiunea»  Exemplu:Overflowexception(intreruperea4)»  Exemplu:întreuperidefinitedeutilizator


Numeredeîntreruperirezervate

intrerupere Scop0 Divideerror1  Single-step2  Nonmaskableinterrupt(MNI)5  Breakpoint6  Overflow

13 Generalprotectionexception14 Pagefault16 Floatingpointerror


Întreruperirezervate

• DivideErrorInterrupt*  Instrucţiuneadiv/idivcâtulnuîncapeîndestinaţie

•  Single-StepInterrupt*  DacăTrapFlagestesetat(TF==1)

»  CPUgenereazăautomatint1dupăexecuţiafiecăreiinstrucţiuni

*  folositorpentrudebugger• BreakpointInterrupt*  int 3încodmașinăesteunoctet(CCH)*  Cumestefolosităladebug?

• PagefaultInterrupt*  Seacceseazăopaginăvirtualăcarenuesteîncămapată*  SOaducepaginasauterminăprocesul


Întreruperisoftware

•  Iniţiatedeexecuţiainstrucţiuniiint interrupt-number

interrupt-number=[0..255]

•  înLinuxint 0x80esteapeluldesistem*  180serviciidiferite*  EAXconţinenumărulserviciului

•  Funcţionalsimilarecuapeluriledeproceduri


Exempleint 0x80 (Linux)

*  Tastaturașiecranulsunttratatecafișiere*  Fișierestandard,dejadeschise

»  Standardinput(stdin),descriptor0–  Dispozitivasociat:tastatura

»  Standardoutput(stdout)descriptor1–  Dispozitivasociat:terminal

»  Standarderror(stderr)descriptor2–  Dispozitivasociat:terminal



•  CiteștedinfișierSystemcall3Inputs: EAX=3 EBX=filedescriptor ECX=pointertoinputbuffer EDX=max.#ofbytestoreadReturns: EAX=#ofbytesreadError: EAX=errorcode



•  ScrieînfișierSystemcall4Inputs: EAX=4 EBX=filedescriptor ECX=pointertooutputbuffer EDX=#ofbytestowriteReturns: EAX=#ofbyteswrittenError: EAX=errorcode


Proceduraputch; primește caracterul in AL. putch: pusha mov [temp_char],AL mov EAX,4 ; 4 = write mov EBX,1 ; 1 = std output (display) mov ECX,temp_char ; pointer to char buffer mov EDX,1 ; # bytes = 1 int 0x80 popa ret


Proceduragetstr; primește EDI = buffer, ESI = lungimea getstr: pusha pushf mov EAX,3 ; file read service mov EBX,0 ; 0 = std input (keyboard) mov ECX,EDI ; pointer to input buffer mov EDX,ESI ; input buffer size int 0x80 dec EAX mov byte[EDI+EAX],0 ; append NULL character popf popa ret


Întreruperihardware

•  Suntasincrone,produsedehardware*  Seaplicăunsemnalexternprocesului

•  Întreruperilehardwarepotfi*  Maskable*  Non-maskable

»  Întreruperearezervată2 (NMI)


Cumsedeclanșeazăîntreruperilehardware?

•  ÎntreruperileNon-maskablesuntdeclanșatedepinulNMIalprocesorului*  Procesorulrăspundeîntotdeauna*  Nupoatefidezactivatprinprogram

•  ÎntreruperileMaskablesuntdeclanșatedepinulINTRalprocesorului*  declanșatedoardacăIF==1*  Mascatecucli,activatecusti


Demo

• Programulbc–conversiifolosindobase,ibase•  curs-02-demo–sasm*  RegistreleEAX,AX,AH,AL*  EFLAGS*  EIP*  InstrucţiunileMOV,ADD,JMP

•  curs-02-demo–Makefile+gdb*  Comenzilebmain,r,n*  set$eax=0xffffffff*  set$eip=main*  Decomentaţiinstrucţiuneajmpșireasamblaţi


Demo

• Programulbc–conversiifolosindobase,ibase•  curs-02-demo–sasm•  curs-02-demo–Makefile+gdb

• Atenţiela~/.gdbinit*  sasmfoloseștegdb!*  sasmdoarintroductiv


Intrebări?

IOCLA curs 02 Arhitectura x86 - ERASMUS...

Documents

Transcript of IOCLA curs 02 Arhitectura x86 - ERASMUS...