【關(guān)注公眾號】「syd3600520」 回復(fù)002 獲取Go相關(guān)學(xué)習(xí)資料

從計算機(jī)誕生到現(xiàn)在掌眠，編程語言的發(fā)展大致分為了三個階段

• 從打孔程序的機(jī)器語言
• 一系列指令夏醉、寄存器代碼的匯編語言
• 再到我們?nèi)粘Ｊ褂玫母呒壵Z言

機(jī)器語言一堆的0/1代碼確實反人類，匯編語言指令繁雜 不同機(jī)器設(shè)備還有較大差異涧衙。比如x86架構(gòu)的匯編指令一般有兩種格式:

• Intel匯編

  • DOS肤视、Windows包括我們之前了解的8086處理器
  • Windows派系:VC編譯器

• AT&T匯編

  • Linux赂弓、Unix、Mac OS
  • Unix派系:GCC編譯器

而Go使用的匯編叫做plan9匯編這些東西的確我們現(xiàn)在使用的高級語言的編譯器都幫助我們屏蔽掉了孽鸡，但是今天我們要來學(xué)學(xué)Go的plan9匯編蹂午，要是硬扛為什么？沒錯 我是為了炫技!!!

對于一只老鳥來說彬碱，我覺得搞搞Plan9匯編還是有不少益處的：

• 可以搞懂一段代碼底層到底是如何運行的 性能極致追求的優(yōu)化
• 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如何運行 比如hashmap豆胸、channel
• 反編譯對二進(jìn)制包進(jìn)行分析
• 繞過go系統(tǒng)限制 訪問私有方法
• ......

常用指令

匯編其實跟Go Java這些語言類似無非是變量、方法等巷疼。的確匯編存在比較多的指令晚胡、寄存器代碼。我對待匯編語言就像是對待學(xué)習(xí)的日語一樣嚼沿，雖然不少晦澀難記的單詞 但是先掌握好五十音行 再搞懂語法估盘，單詞的問題可以回頭查閱，常用的也就那么多

常數(shù)定義

plan9匯編中使用0x123的形式表示十六進(jìn)制

操作方向

plan9匯編操作數(shù)方向 與intel匯編方向相反

//plan9 匯編
MOVQ $123, AX
//intel匯編
mov rax, 123

棧擴(kuò)大攀细、縮小

plan9中棧操作并沒有push pop箫踩，而是采用sub和add SP

SUBQ $0x18, SP //對SP做減法 為函數(shù)分配函數(shù)棧幀
ADDQ $0x18, SP //對SP做加法 清楚函數(shù)棧幀

數(shù)據(jù)copy

MOVB $1, DI // 1 byte
MOVW $0x10, BX // 2bytes
MOVD $1, DX // 4 bytes
MOVQ $-10, AX // 8 bytes

計算指令

ADDQ AX, BX // BX += AX
SUBQ AX, BX // BX -= AX
IMULQ AX, BX // BX *= AX

跳轉(zhuǎn)

//無條件跳轉(zhuǎn)
JMP addr // 跳轉(zhuǎn)到地址，地址可為代碼中的地址 不過實際上手寫不會出現(xiàn)這種東西
JMP label // 跳轉(zhuǎn)到標(biāo)簽 可以跳轉(zhuǎn)到同一函數(shù)內(nèi)的標(biāo)簽位置
JMP 2(PC) // 以當(dāng)前置頂為基礎(chǔ)谭贪，向前/后跳轉(zhuǎn)x行
JMP -2(PC) //同上
//有條件跳轉(zhuǎn)
JNZ target // 如果zero flag被set過境钟，則跳轉(zhuǎn)

變量聲明

匯編中的變量一般是存儲在.rodata或者.data段中的只讀值。對應(yīng)到應(yīng)用層就是已經(jīng)初始化的全局的const故河、var變量/常量

DATA symbol+offset(SB)/width,value

上面的語句初始化symbol+offset(SB)的數(shù)據(jù)中width bytes,賦值為value吱韭，相對于棧操作，SB的操作都是增地址鱼的，棧時減地址

GLOBL runtime·tlsoffset(SB), NOPTR, $4
// 聲明一個全局變量tlsoffset理盆，4byte，沒有DATA部分凑阶，因其值為0猿规。
// NOPTR 表示這個變量數(shù)據(jù)中不存在指針，GC不需要掃描宙橱。

（使用DATA結(jié)合GLOBL來定義一個變量姨俩，GLOBL必須跟在DATA指令之后）當(dāng)時我嘗試了下發(fā)現(xiàn)GLOBL不放在DATA之后 也沒啥問題蘸拔，如果知道的小伙伴可以分享一下。

舉個栗子：

pkg.go

package pkg

var Id int

var Name string

pkg_amd64.s

GLOBL ·Id(SB),$8

DATA ·Id+0(SB)/1,$0x37
DATA ·Id+1(SB)/1,$0x25
DATA ·Id+2(SB)/1,$0x00
DATA ·Id+3(SB)/1,$0x00
DATA ·Id+4(SB)/1,$0x00
DATA ·Id+5(SB)/1,$0x00
DATA ·Id+6(SB)/1,$0x00
DATA ·Id+7(SB)/1,$0x00

GLOBL ·Name(SB),$24
DATA ·Name+0(SB)/8,$·Name+16(SB)
DATA ·Name+8(SB)/8,$6
DATA ·Name+16(SB)/8,$"gopher"

函數(shù)聲明

舉個栗子：

fun.go

package fun

//go:noinline
func Swap(a, b int) (int, int)

fun_amd64.s

#include "textflag.h"
// func Swap(a,b int) (int,int)
告訴匯編器該數(shù)據(jù)放到TEXT區(qū)
 |          告訴匯編器這是基于靜態(tài)地址的數(shù)據(jù)(static base)
 |             |
TEXT fun·Swap(SB),NOSPLIT,$0-32
    MOVQ a+0(FP), AX  // FP(Frame pointer)棧幀指針 這里指向棧幀最低位
    MOVQ b+8(FP), BX
    MOVQ BX ,ret0+16(FP)
    MOVQ AX ,ret1+24(FP)
    RET

上述代碼存儲在TEXT段中环葵。pkgname可以省略调窍，比如你的方法是fun·Swap(這里的· 是個unicode的中點 mac下的輸入方式為 option+shift+9),在編譯后的程序里的符號則是fun.Swap,總結(jié)起來如下:

method

stack frame size 棧幀大小(局部變量+可能需要的額外調(diào)用函數(shù)的參數(shù)空間的總大小，但不不包含調(diào)用其他函數(shù)時的ret address的大小)

arguments size 參數(shù)及返回值大小

若不指定NOSPLIT张遭，arguments size必須指定邓萨。

測試代碼

func main() {
    println(pkg.Id)
    println(pkg.Name)

    a, b := 1, 2
    a, b = fun.Swap(a, b)
    fmt.Println(a, b)
}

寄存器

Go匯編引入了4個偽寄存器，這4個寄存器時編譯器用來維護(hù)上下文菊卷、特殊標(biāo)識等作用的:

FP(Frame pointer):arguments and locals
PC(Program counter): jumps and branches
SB(Static base pointer):global symbols
SP(Stack pointer):top of stack

所有用戶空間的數(shù)據(jù)都可以通過FP/SP(局部數(shù)據(jù)缔恳、輸入?yún)?shù)、返回值)和SB(全局?jǐn)?shù)據(jù))訪問洁闰。通常情況下歉甚，不會對SB/FP寄存器進(jìn)行運算操作，通常情況會以SB/FP/SP作為基準(zhǔn)地址扑眉，進(jìn)行偏移纸泄、解引用等操作

其中

1. SP是棧指針，用來指向局部變量和函數(shù)調(diào)用的參數(shù)腰素，通過symbol+offset(SP)的方式使用刃滓。SP指向local stack frame的棧頂，所以使用時需要使用負(fù)偏移量耸弄，取之范圍為[-framesize,0)咧虎。foo-8(SP)表示foo的棧第8byte。SP有偽SP和硬件SP的區(qū)分计呈，如果硬件支持SP寄存器砰诵，那么不加name的時候就是訪問硬件寄存器，因此x-8(SP)和-8(SP)訪問的會是不同的內(nèi)存空間捌显。對SP和PC的訪問都應(yīng)該帶上name茁彭，若要訪問對應(yīng)的硬件寄存器可以使用RSP。

• 偽SP：本地變量最高起始地址
• 硬件SP：函數(shù)棧真實棧頂?shù)刂?/li>

他們的關(guān)系為：

• 若沒有本地變量: 偽SP=硬件SP+8
• 若有本地變量:偽SP=硬件SP+16+本地變量空間大小

2. FP偽寄存器

FP偽寄存器:用來標(biāo)識函數(shù)參數(shù)扶歪、返回值理肺，編譯器維護(hù)了基于FP偏移的棧上參數(shù)指針，0(FP)表示function的第一個參數(shù)善镰，8(FP)表示第二個參數(shù)(64位系統(tǒng)上)后臺加上偏移量就可以訪問更多的參數(shù)妹萨。要訪問具體function的參數(shù)，編譯器強(qiáng)制要求必須使用name來訪問FP炫欺，比如 foo+0(FP)獲取foo的第一個參數(shù)乎完，foo+8(FP)獲取第二個參數(shù)。

與偽SP寄存器的關(guān)系是:

• 若本地變量或者棧調(diào)用存嚴(yán)格split關(guān)系(無NOSPLIT)品洛，偽FP=偽SP+16
• 否則 偽FP=偽SP+8
• FP是訪問入?yún)⑹饕獭⒊鰠⒌幕纺ν埃话阌谜蚱苼韺ぶ罚琒P是訪問本地變量的起始基址帽揪，一般用負(fù)向偏移來尋址
• 修改硬件SP硝清，會引起偽SP、FP同步變化

SUBQ $16, SP // 這里golang解引用時转晰，偽SP/FP都會-16

3. SB偽寄存器可以理解為原始內(nèi)存耍缴，foo(SB)的意思是用foo來代表內(nèi)存中的一個地址。foo(SB)可以用來定義全局的function和數(shù)據(jù)挽霉，foo<>(SB)表示foo只在當(dāng)前文件可見，跟C中的static效果類似变汪。此外可以在引用上加偏移量侠坎，如foo+4(SB)表示foo+4bytes的地址
4. 參數(shù)/本地變量訪問

通過symbol+/-offset(FP/SP)的方式進(jìn)行使用，例如arg0+0(FP)表示函數(shù)第一個參數(shù)的位置裙盾，arg1+8(FP)表示函數(shù)參數(shù)偏移8byte的另一個參數(shù)实胸。arg0/arg1用于助記，但是必須存在番官，否則無法通過編譯(golang會識別并做處理)庐完。

其中對于SP來說，還有一種訪問方式: +/-offset(FP) 這里SP前面沒有symbol修飾徘熔，代表這是硬件SP门躯？？酷师？

5. PC寄存器

實際上就是在體系結(jié)構(gòu)的知識中常見的PC寄存器讶凉，在x86平臺下對應(yīng)ip寄存器，amd64上則是rip山孔。除了個別跳轉(zhuǎn)之外懂讯，手寫代碼與PC寄存器打交道的情況較少。

6. BP寄存器

還有BP寄存器台颠，表示已給調(diào)用棧的起始棧底(棧的方向從大到小褐望，SP表示棧頂)；一般用的不多串前，若需要做手動維護(hù)調(diào)用棧關(guān)系瘫里，需要用到BP寄存器，手動split調(diào)用棧荡碾。

7. 通用寄存器

在plan9匯編里還可以直接使用amd64的通用寄存器减宣，應(yīng)用代碼層面會用到的通用寄存器主要是:

rax,rbx,rcx,rdx,rdi,rsi,r8~r15這14個寄存器。plan9中使用寄存器不需要帶r或e的前綴玩荠，例如rax漆腌，只要寫AX即可:

MOVQ $101, AX

示例：

func Add(a ,b int) (c int){
  sum := 0
  return a + b + sum
}

各變量通用寄存器解引用如下:(偽FP=偽SP+16=硬件SP+24)

• a: a+0(SP)或者a+16(SP)
• b: b+8(SP)或者a+24(SP)
• c: c+16(SP)或者a+32(SP)
• sum:sum-8(SP)或者a-24(FP)

8. TLS偽寄存器

該寄存器存儲當(dāng)前goroutine g結(jié)構(gòu)地址

Go程序如何轉(zhuǎn)換為plan9贼邓？

//方法一
go build -gcflags="-S" hello.go
//方法二
go tool compile -N -l -S hello.go //禁止優(yōu)化
//方法三
go build -gcflags="-N -l -m" -o xx xx.go
go tool objdump <binary> 
go tool objdump -s <method name> <binary> //反匯編指定函數(shù)
//方法一、二生成的過程中的匯編
//方法三 生成的事最終機(jī)器碼的匯編

棧結(jié)構(gòu)

image

函數(shù)調(diào)用棧關(guān)系

call stack

X86平臺上BP寄存器闷尿，通常用來指示函數(shù)棧的起始位置塑径，僅僅起一個指示作用，現(xiàn)代編譯器生成的代碼通常不會用到BP寄存器填具，但是可能某些debug工具會用到該寄存器來尋找函數(shù)參數(shù)统舀、局部變量等。因此我們寫匯編代碼時劳景，也最好將棧起始位置存儲在BP寄存器中誉简。因此amd64平臺上，會在函數(shù)返回值之后插入8byte來放置CALLER BP寄存器盟广。

此外需要注意的是闷串，CALLER BP是在編譯期由編譯器插入的，用戶手寫匯編代碼時筋量，計算framesize時是不包括這個CALLER BP部分的烹吵，但是要計算函數(shù)返回值的8byte。是否插入CALLER BP的主要判斷依據(jù)是：

• 函數(shù)的棧幀大小大于0
• 下述函數(shù)返回true

func Framepointer_enabled(goos, goarch string) bool {
  return framepointer_enabled != 0 && goarch == "amd64" && goos != "nacl"
}

此外需要注意桨武，go編譯器會將函數(shù)椑甙危空間自動加8，用于存儲BP寄存器呀酸，跳過這8字節(jié)后才是函數(shù)棧上局部變量的內(nèi)存凉蜂。邏輯上的FP/SP位置就是我們在寫匯編代碼時，計算便宜量時性誉，F(xiàn)P/SP的基準(zhǔn)位置跃惫，因此局部變量的內(nèi)存在邏輯SP的低地址側(cè)，因此我們訪問時艾栋，需要向負(fù)方向偏移爆存。

實際上，在該函數(shù)被調(diào)用后蝗砾，編譯器會添加SUBQ/LEAQ代碼修改物理SP指向的位置先较。我們在反匯編的代碼中能看到這部分操作，因此我們需要注意物理SP與偽SP指向位置的差別悼粮。

舉個栗子：

func zzz(a, b, c int) [3]int{
    var d [3]int
    d[0], d[1], d[2] = a, b, c
    return d
}

stack SP FP

總結(jié)

操作指令

用于指導(dǎo)匯編如何進(jìn)行厅瞎。以下指令后綴<mark>Q</mark>說明是64位上的匯編指令。

可以看到，表中的PUSHQ和POPQ被去掉了橄务，這是因為在go匯編中幔托，對棧的操作并不是出棧入棧，而是通過對SP進(jìn)行運算來實現(xiàn)的蜂挪。

標(biāo)志位

如有錯誤懇請指正。

參考文檔：

go asm

golang 匯編