CPU命令もバイナリ

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1. CPU命令もバイナリ Jun 7th, 2020 Satoru Takeuchi Twitter: satoru_takeuchi 1

2. もくじ • CPU命令実行のしくみ • x86_64アーキテクチャのCPU命令 • 実行ファイルの中身を見る • まとめ 2

3. もくじ • CPU命令実行のしくみ • x86_64アーキテクチャのCPU命令 • 実行ファイルの中身を見る 3

4. 前置き • すべてのデータはバイナリ(別の回で説明済) ◦ 整数 ◦ 文字、文字列 • CPU命令もデータ ◦

   1つ以上のCPU命令のかたまりを一般に「コード」と呼ぶ ◦ コードの指す意味は広いので、ここでは「 CPU命令」と書く 4

5. CPU命令実行のしくみ: 初期状態 5 ストレージデバイス (HDD, SSDなど) メモリ CPU 実行ファイル CPU命令列

   レジスタ データ

6. 実行ファイルのメモリへのロード 6 ストレージデバイス (HDD, SSDなど) メモリ CPU 実行ファイル CPU命令列 レジスタ

   データ CPU命令列 データ コピー

7. CPUへの命令の読み込み 7 ストレージデバイス (HDD, SSDなど) メモリ CPU 実行ファイル CPU命令 レジスタ

   データ CPU命令列 データ 1命令読む CPU命令

8. 命令実行 8 ストレージデバイス (HDD, SSDなど) メモリ CPU 実行ファイル CPU命令 レジスタ

   データ CPU命令列 データ CPU命令 やることは命令によって違う • データのコピー ◦ メモリ⇔レジスタ ◦ メモリ⇔メモリ ◦ レジスタ⇔レジスタ • 計算 どういうバイト列がなにをする命令なのかは CPUアーキテクチャによって異なる

9. 次の命令を読み出す(以下くりかえし) 9 ストレージデバイス (HDD, SSDなど) メモリ CPU 実行ファイル CPU命令 レジスタ

   データ CPU命令列 データ CPU命令 1命令読む

10. もくじ • CPU命令実行のしくみ • x86_64アーキテクチャのCPU命令 • 実行ファイルの中身を見る • まとめ 10

11. X86_64アーキテクチャのCPU命令 • IntelのCPUについては同社公式サイトに全命令リファレンスがある https://software.intel.com/content/www/us/en/develop/download/intel-64-and-ia-32-architectures-sdm-combined-volumes-2a-2b- 2c-and-2d-instruction-set-reference-a-z.html • 2000ページ以上あるので全部読もうとすると死ぬ ◦ 読破を目指さず、必要に応じて参照しましょう •

    とりあえず覚えておけばいい命令 ◦ Mov: データのコピー ▪ メモリ⇔レジスタ間、メモリ⇔メモリ間、レジスタ⇔レジスタ間、なんでも ◦ Add: 足し算 11

12. もくじ • CPU命令実行のしくみ • x86_64アーキテクチャのCPU命令 • 実行ファイルの中身を見る • まとめ 12

13. 演習 • 使うもの ◦ (自作)Addプログラム: 1と2を足した結果を返すだけ ◦ Objdump: 実行ファイルの中身を読む •

    やること ◦ Objdumpでaddプログラムの中身を見る ◦ 1と2を足しているコードを見つける ◦ コードがバイナリデータに対応していることを確認 13

14. もくじ • CPU命令実行のしくみ • x86_64アーキテクチャのCPU命令 • 実行ファイルの中身を見る • まとめ 14

15. まとめ • 実行ファイルの中に命令列をあらわすバイナリデータが入っている • バイナリデータと命令の対応はCPUアーキテクチャによって違う • IntelのCPUについては対応表が公開されている • objdumpコマンドによって実行ファイル内の命令列を見られる 15