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スプーキーズの中の人。

スプーキーズの中の人が徒然なるままに、垂れ流します。

Hello VMWorld!!

f:id:furuhashi1346:20160701103055p:plain

Hello World.

ブログでははじめまして!

東京オフィスに3週間前に入ったアルバイトの古橋と申します.

大学に入って4年勉強していますが,まだまだ未熟者なプログラマーです.

さてさて,書くこともないので私の最近興味あることについて書いていきます.

It's VM Machine!

ずばり,仮想マシンについてです.

仮想化技術といってもいろいろありますが,私はVMマシンについて興味があります.

まずはかなり低レイヤーのことについて書いていきます.

0,1の羅列が嫌いな方はここで回れ右するのが賢明だと思います(笑)

アーキテクチャはVAXでやっていきます.

ってことでまずはVAXの特徴について説明していきます!

About VAX

VAXはVirtual Address eXtensionのことで、32bitの仮想アドレスを使用しています.

仮想アドレスなので,実際のアドレスを指しておらず,オペレーティングシステムの制御のもとでプロセッサによってメインメモリにアクセスします.

なので,メインメモリをより効率的に制御することができます.

VAXは基本,6種類のデータタイプを扱います.

データタイプ サイズ
バイト 8bit
ワード 16bit
ロングワード 32bit
クォドワード 64bit
オクタワード 128bit
浮動小数点 32~128bit

これに符合ありかなしか,また浮動小数点にも4種類あり,パック10進数か,...など,細かくすると色々あります!

レジスタの使い方にも種類があり,レジスタモードとアドレシングモードに分かれます.

汎用レジスタは32bitが16個用意されています.

そして,アドレシングモード…これが肝です!

肝と言いましたが,なかなか複雑なので後々説明するかもです.

Decryption of the source code

はい,もう細々言っても伝わりづらいと思うんで面白いことしましょうか.

ソースコードをDisAssembleしましょう.

みなさん,アセンブラ好きですか?私は大好きです.(錯乱)

みなさん,バイナリ読むのは好きですか?私は大好きです.(錯乱)×2

では解析してみましょう.

こちらアセンブラ言語で書かれたものです.

  1:  .globl _main
  2:  _main: .word 0
  3:
  4:  pushl $6
  5:  pushl $hello
  6:  pushl $1
  7:  calls $3, _write
  8:
  9:  pushl $0
10:  calls $1, _exit
11:
12:  hello: .byte 'h, 'e, 'l, 'l, 'o, 10

上のところはいいとして,これの解説いきます.

まずは4~7についてです.

これはwrite関数を呼んでいます.

pushlで引数を格納しています.pushlはpush longwordの略です.

つまり,書き換えると,write(6, hello, 1)です.

callsの3はwriteの番号のことです.これはどこかのファイルに定義されています.

9,10はexit()を呼んでいます.つまり終了です.

ほとんどの人はわかってると思いますが,これ,helloって出力してるだけです.

Let's analyze

これをバイナリにしてみましょ〜DON!

0000000 : 08 01 00 00 8C 00 00 00 04 00 00 00 04 00 00 00 
0000010 : 00 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 
0000020 : 00 00 C2 08 5E D0 AE 08 6E 9E AE 0C 50 D0 50 AE 
0000030 : 04 D5 80 12 FC D1 50 BE 04 19 02 D5 70 D0 50 AE 
0000040 : 08 D0 50 EF D8 01 00 00 FB 03 EF 0D 00 00 00 DD 
0000050 : 50 FB 01 EF 28 00 00 00 BC 01 00 00 00 00 DD 06 
0000060 : DD 8F 58 00 00 00 DD 01 FB 03 EF 21 00 00 00 DD 
0000070 : 00 FB 01 EF 08 00 00 00 68 65 6C 6C 6F 0A 00 00 
0000080 : 00 00 FB 00 EF 03 00 00 00 BC 01 00 00 00 04 00 
0000090 : 00 00 BC 04 1E 06 17 EF 04 00 00 00 04 00 00 00 
00000A0 : D0 50 EF 7D 01 00 00 CE 01 50 04 00 00 00 00 00 
00000B0 : 63 72 74 30 2E 6F 00 00 04 00 00 00 00 00 00 00 
00000C0 : 65 78 69 74 00 00 00 00 02 00 00 00 01 00 00 00 
00000D0 : 68 65 6C 6C 6F 32 2E 6F 04 00 00 00 3C 00 00 00 
00000E0 : 68 65 6C 6C 6F 00 00 00 04 00 00 00 58 00 00 00 
00000F0 : 65 78 69 74 2E 6F 00 00 04 00 00 00 60 00 00 00 
0000100 : 63 6C 65 61 6E 75 70 2E 04 00 95 01 6C 00 00 00 
0000110 : 77 72 69 74 65 2E 6F 00 04 00 95 01 70 00 00 00 
0000120 : 63 65 72 72 6F 72 2E 6F 04 00 49 02 80 00 00 00 
0000130 : 5F 65 78 69 74 00 00 00 05 00 28 03 60 00 00 00 
0000140 : 73 74 61 72 74 00 00 00 05 00 AB 01 00 00 00 00 
0000150 : 5F 6D 61 69 6E 00 00 00 05 00 18 02 3C 00 00 00 
0000160 : 5F 65 6E 76 69 72 6F 6E 07 00 25 01 00 02 00 00 
0000170 : 5F 77 72 69 74 65 00 00 05 00 2D 04 70 00 00 00 
0000180 : 5F 5F 63 6C 65 61 6E 75 05 00 95 01 6C 00 00 00 
0000190 : 63 65 72 72 6F 72 00 00 05 00 49 02 80 00 00 00 
00001A0 : 5F 65 72 72 6E 6F 00 00 09 00 35 00 04 02 00 00 

わ〜きれい(棒)

最初の方にheaderと呼ばれるコードの情報が書かれているのでこれを解析します.

 MAGIC : 0x00000108
  TEXT : 0x0000008C
  DATA : 0x00000004
   BSS : 0x00000004
  SYMS : 0x00000100
 ENTRY : 0x00000000
TRSIZE : 0x00000000
DRSIZE : 0x00000000

これにより,TEXTデータは0x8Cの長さってことがわかります.

ってことは,TEXTデータは以下のようになります.

*** memorytext ***
00 00 C2 08 5E D0 AE 08 6E 9E AE 0C 50 D0 50 AE 
04 D5 80 12 FC D1 50 BE 04 19 02 D5 70 D0 50 AE 
08 D0 50 EF D8 01 00 00 FB 03 EF 0D 00 00 00 DD 
50 FB 01 EF 28 00 00 00 BC 01 00 00 00 00 DD 06 
DD 8F 58 00 00 00 DD 01 FB 03 EF 21 00 00 00 DD 
00 FB 01 EF 08 00 00 00 68 65 6C 6C 6F 0A 00 00 
00 00 FB 00 EF 03 00 00 00 BC 01 00 00 00 04 00 
00 00 BC 04 1E 06 17 EF 04 00 00 00 04 00 00 00 
D0 50 EF 7D 01 00 00 CE 01 50 04 00 

ここにたくさんのじょうほうがかきこまれています.

これをさらにかいせきします.

***
pc : 00000000 textBuf[pc] : 00
HALT
***
pc : 00000001 textBuf[pc] : 00
HALT
***
pc : 00000002 textBuf[pc] : C2
SUBL2
レジスタモード
val1 : 8
Register : SP val2 : FFFFB
setValue : FFFF3
***
pc : 00000005 textBuf[pc] : D0
MOVL
バイトディスプレイメント
ope.setVal(memory.readMemory(FFFFB, 4))
Register : SP
readVal : 0
レジスタディファードモード
mov val : 0
writeMemory(FFFF3, 0, 4)
***
pc : 00000009 textBuf[pc] : 9E
MOVAB
バイトディスプレイメント
ope.setVal(memory.readMemory(FFFFF, 1))
Register : SP
readVal : 0
レジスタモード
val1 : FFFFF
R0 val : FFFFF
***
pc : 0000000D textBuf[pc] : D0
MOVL
レジスタモード
バイトディスプレイメント
ope.setVal(memory.readMemory(FFFF7, 4))
Register : SP
readVal : 0
mov val : FFFFF
writeMemory(FFFF7, FFFFF, 4)
***
pc : 00000011 textBuf[pc] : D5
TSTL
Inc val : 4
val : FFFFF
val1 : FFFFF
N : FALSE,Z : FALSE,V : FALSE,C : FALSE
***
pc : 00000013 textBuf[pc] : 12
BNEQ
PC : 13
val : 11
val1 : 11
BName BNEQ
***
pc : 00000015 textBuf[pc] : D1
CMPL
レジスタモード
addr : FFFF7 val : FFFFF
val1 : FFFFF  val2 : 0
***
pc : 00000019 textBuf[pc] : 19
BLSS
PC : 19
val : 1D
val1 : 1D
BName BLSS
***
pc : 0000001B textBuf[pc] : D5
TSTL
オートデクリメント
addr : FFFFB
val : 0
val1 : 0
N : FALSE,Z : TRUE,V : FALSE,C : FALSE
***
pc : 0000001D textBuf[pc] : D0
MOVL
レジスタモード
バイトディスプレイメント
ope.setVal(memory.readMemory(FFFFB, 4))
Register : SP
readVal : 0
mov val : FFFFF
writeMemory(FFFFB, FFFFF, 4)
***
pc : 00000021 textBuf[pc] : D0
MOVL
レジスタモード
ロングリラティブディファード
addr : 200
val : 0
mov val : FFFFF
***
pc : 00000028 textBuf[pc] : FB
CALLS
ロングリラティブディファード
addr : 3C
val : 0
calls
val1 : 3
val2 : 3C
val : FFFEF
last : 3
entryMask : 0
nextPC : 2F
maskInfo : E0000000
PC : 3E
***
pc : 0000003E textBuf[pc] : DD
PUSHL
val1 : 6
***
pc : 00000040 textBuf[pc] : DD
PUSHL
val1 : 58
***
pc : 00000046 textBuf[pc] : DD
PUSHL
val1 : 1
***
pc : 00000048 textBuf[pc] : FB
CALLS
ロングリラティブディファード
addr : 70
val : 0
calls
val1 : 3
val2 : 70
val : FFFC8
last : 0
entryMask : 0
nextPC : 4F
maskInfo : 20000000
PC : 72
***
pc : 00000072 textBuf[pc] : BC
CHMK
val : 4
index : FFFC8
dataNum : 3 index : FFFC8
index : FFFCC
dataNum : 1 index : FFFCC
index : FFFD0
dataNum : 58 index : FFFD0
index : FFFD4
dataNum : 6 index : FFFD4
ap : 000FFFC8 val1 : 3, val2 : 1, val3 : 58 val4 : 6
write(1, 0x58, 6)
sysWrite
hello
len : 6
R0 : 6
***
pc : 00000074 textBuf[pc] : 1E
BCC
PC : 74
val : 7C
val1 : 7C
BName BCC
C = false
***
pc : 0000007C textBuf[pc] : 04
RET
***
pc : 0000004F textBuf[pc] : DD
PUSHL
val1 : 0
***
pc : 00000051 textBuf[pc] : FB
CALLS
ロングリラティブディファード
addr : 60
val : 0
calls
val1 : 1
val2 : 60
val : FFFC0
last : 0
entryMask : 0
nextPC : 58
maskInfo : 20000000
PC : 62
***
pc : 00000062 textBuf[pc] : FB
CALLS
ロングリラティブディファード
addr : 6C
val : 0
calls
val1 : 0
val2 : 6C
val : FFFA8
last : 0
entryMask : 0
nextPC : 69
maskInfo : 20000000
PC : 6E
***
pc : 0000006E textBuf[pc] : 04
RET
***
pc : 00000069 textBuf[pc] : BC
CHMK
val : 1
index : FFFC0
dataNum : 1 index : FFFC0
index : FFFC4
dataNum : 0 index : FFFC4
exit(0)

一つ一つ説明していきます.

その前に…PCとはプログラムカウンタのことでこの値の番地の命令が行われます.

これを操作することでifとかjumpとかやるわけです.

上から見てみましょう.

  • halt : 特に何もしません.実際はやってますが初期化みたいなものです.

  • subl2 : longwordの引数を2つ取ってきて引き算します.

  • movab : byteのアドレスの引数を二つ取ってきて第一引数のアドレスの内容を第二引数のアドレスに格納します.

  • movl : longwordの引数を2つ取ってきて第一引数に第二引数を格納します.

  • tstl : longwordの引数を持ってきて,それによって条件を付与します.0ならZフラグをtrueにマイナスならNフラグをtrueにしたりします.

  • bneq : branch on not equal の略で,Zフラグがtrueなら引数の番地にジャンプします.

  • cmpl : 第一引数と第二引数を引き算して,0ならZフラグをtrueにマイナスならNフラグをtrueにしたりします.

  • blss : Branch on lessの略で,Nフラグがtrueなら引数の番地にジャンプします.

  • calls : カーネルモードに移行して関数を実行します.いろいろやってて読み解くのが難しいです.

  • ret : callsで保存した内容を元に戻します.関数を実行する前の状態に戻すと言ったほうが正しいですかね.

  • pushl : longwordの引数を持ってきて,スタックにプッシュします.

  • chmk : カーネルモードに移行します.これの引数によって実行する関数が違います.4の場合はwrite,1の場合はexitです.

  • bcc : Branch on Carry Clearの略で,Cフラグ(キャリーフラグ)がtrueの時に引数の番地にジャンプします.


あんな短かったコードでもこんなことやってるんです!

複雑でしょ?うん,でもこれ理解できるとかなり面白いんです.

面白いんです!

ってことでこれを解説出来る機会があればいいな…

これが面白そうって思った人は私と同じ人種です!

では,中途半端ですが,See you next time!