Първи стъпки в четенето на асемблерен език

хащак openfestbg

от Борислав Станимиров / @stanimirovb

За кого е лекцията?


  • Програмисти на езици, които се компилират до native binary
  • ... и, на които може да се случи да правят микрооптимизации
  • Слабо засяга JVM и .NET програмистите
  • Извинявам се на останалите 95% от залата

Какво е лекцията?


  • Какво е асемблерен език
  • Защо не е страшен
  • Малко примери
  • По-скоро окуражаване от обучение


Няколко думи за мен


  • Борислав aka Боби aka iboB
  • Предимно С++ програмист
  • Предимно програмист на игри
  • Занимавам се с open source
  • Gib ☆ to DynaMix
  • Работя в Chobolabs

Малко фундаменти


  • Executable и binary
  • Assembly и assembler (и асемблерен език)
    • Българският език е зле
    • Булгар-булгар - всичко е асемблер!
    • ...освен, когато е асембли
    • Ще говоря, както си искам!
  • Компилатори
  • Disassembly и disassembler

Пещерният човек програмира бинари

... с такава клавиатура

... но реалистично с такава

Викторианският джентъплмен пише на (парен) асемблер

Съвременният програмист ползва компилатор

...и чете дисасембли

За хората на бъдещето, няма да говорим

Четене на асемблер


  • Реално... четене на дисасембли
  • But... why?
    • Микроптимизациии
    • Хаксори и краксори
  • Компилаторите са идеални асемблер-програмисти
    • Хитри като стадо гладни лисици
    • чисти като момина сълза

Писане на асемблер


  • Коренно различно от четенето
  • Почти като писане на С
  • Никога няма да пишете на асемблер
  • Недейте да пишете на асемблер
  • Компилаторът е (почти) винаги по-умен от нас

...и най-сетне...

Първи стъпки в четенето на assembly

Какво е асемблер?


  • Инструкции към процесора
  • А какво е процесорът?
  • Пътечки по транзистори, които джуркат регѝстри
  • Видове процесори
    • Instruction set: CISC, RISC
    • Arch: x86, x86_64, ARM, PowerPC
    • Arch: i486, Haswell, ARMv7/NEON, ARM64
  • Нещата са горе-долу еднакви

Какво е асемблер? 2.0

  • Поредица от инструкции към процесора на... хмм... човешки(?) език

    ret             ; коментар
    call func
    jmp  done
    mov  rax, 0
    imul esi, edi, 25
done:
    nop
  • Intel ↑ vs AT&T ↓ syntax

    mov 0, %rax
    $34 leal -6(,%eax) # този ред е (почти) шега

Асемблер е лесен


(с x86 memory references)



mov eax, DWORD PTR [r14]
add rax, rdi
add eax, DWORD PTR [r14+4]
sub eax, DWORD PTR [r14+4*rbx]
lea rax, [r14+4*rbx]
xor edx, edx



 // int* r14
 int eax = *r14;
 rax += rdi;
 eax += r14[1];
 eax -= r14[rbx];
 int* rax = r14 + rbx;
 edx = 0;

Малко дрън-дрън за BYTE, WORD, DWORD, QWORD

Регистри

  • Тайни регистри: ip, flags, NSA-spy
  • x86_64: a, b, c, d, si, di, bp, sp, r8-r15, xmm0-15
    • 8-бита reg-h/l: ah, bl, bpl, r13b (hurr-durr)
    • 16-бита reg-x: ax, bx, spx, r14w
    • 32-бита e-reg-x: eax, ebx, esix, r9d
    • 64-бита r-reg-x: rax, rbx, rbpx, r10
    • r8-r15-bwd
    • xmm0-xmm15 - SIMD
  • arm: r0-r15 (sp, lr, pc), s0-s31/d0-d31/q0-q15
  • arm64: x0-x30, w0-w30 - 32-бита (и други маймунджилъци), v0-v16 - SIMD

Къде го този асемблер?


  • За краксори
  • За прости програмисти
    • cl /Fa
    • g++ -S -masm=intel

Godbolt

Godbolt

Compiler disassembly 101


  • Избирате си компилатор
  • Компилационни настройки (не забравяйте -O2)
  • Изшляпвате код
  • Внимавате за нежелани оптимизации
    • Константи
    • Дефинирани placeholder функции
    • C++ Темплейти
  • Мarvel as you ascend into your planar form.

Смисълът на информацията


  • Гледате и разсъждавате
  • Компилаторът е животно! Не го подценявайте
  • Процесорът е още по-голямо животно! ↓
  • Винаги бенчмарквайте!
  • Принципно добри неща:
    • По-малко conditions
    • По-малко jumps
    • По-малко заявки към паметта
    • По-малко инструкции

CPU Pipeline

Let's godbolt this


Мизерии и страхотии


  • push/pop - слагаме неща на стека
  • Calling конвенции - как се викат функциите
    • extern "C"
    • stdcall
    • fastcall
  • Shadow memory - странни скокове из стека
  • Scratch and non-scratch registers - нещо се push-ва, друго – не

Край


Въпроси?


Борислав Станимиров / ibob.github.io / @stanimirovb


Тази презентация е тук: http://ibob.github.io/slides/assemblybg/
Презентацията е лицензирана с Creative Commons Признание 3.0
Creative Commons License