01-汇编初学
0、前言
對于一個iOS App來說，它其實就是一個安裝在手機中的可執行文件，這個可執行文件本質上是二進制文件，它由iPhone手機上的CPU執行。如果我們需要對操作系統、App進行深入了解，以及App的逆向都需要我們熟悉匯編語言
1、匯編語言的發展和簡介
1.1 機器語言
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機器語言是由0、1組成的機器指令，比如：
- 加：0100 0000
- 減：0100 1000
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計算機間機器指令轉變為一列高低電平，以使計算機的電子器受到驅動，進行運算。
1.2 匯編語言
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匯編語言使用助記符代替機器語言，也就是我們常說的匯編指令，例如
- 加：INC EAX 通過編譯器 0100 0000
- 減：DEC EAX 通過編譯器 0100 1000
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匯編指令，是機器指令便于記憶的書寫格式，它通過我們的編譯器編譯后轉化成1010的機器指令
1.3 高級語言
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高級語言是更接近人類自然語言的編程語言，例如C/C++/Objective-C/Swfit等
- 加：A+B 通過編譯器 0100 0000
- 減：A-B 通過編譯器 0100 1000
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高級語言編寫的程序通過編譯器先轉為匯編語言，然后在轉為機器語言，最后運行在我們的設備上(由CPU執行)
小結1
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由高級語言編寫的代碼的運行過程
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匯編語言與機器語言一一對應，每一條機器指令都有與之對應的匯編指令（注意：匯編指令與CPU架構有關系，不同的CPU架構模式下匯編指令是不一樣的，一般不通用，舉個例子：我們的iPhone模擬器的CPU架構是x86，iPhone6是ARM64，匯編指令會有區別）
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匯編語言可以通過編譯得到機器語言，機器語言可以通過反匯編得到匯編語言
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高級語言可以通過編譯得到匯編語言 \ 機器語言，但匯編語言 \ 機器語言幾乎不可能還原成高級語言
1.4、匯編語言的特點
- 可以直接訪問、控制各種硬件設備，比如存儲器、CPU等，能最大限度地發揮硬件的功能
- 能夠不受編譯器的限制，對生成的二進制代碼進行完全的控制
- 目標代碼簡短，占用內存少，執行速度快
- 匯編指令是機器指令的助記符,同機器指令一一對應。每一種CPU都有自己的機器指令集\匯編指令集，所以匯編語言不具備可移植性
- 知識點過多，開發者需要對CPU等硬件結構有所了解，不易于編寫、調試、維護
- 不區分大小寫，比如mov和MOV是一樣的
1.5 匯編語言的種類
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目前討論比較多的匯編語言有
- 8086匯編（8086處理器是16bit的CPU）
- Win32匯編
- Win64匯編
- ARM匯編（嵌入式、Mac、iOS）
- ......
-
我們iPhone里面用到的是ARM匯編,但是不同的設備也有差異.因CPU的架構不同
CPU架構iPhone設備 armv6 iPhone, iPhone2, iPhone3G, 第一代、第二代 iPod Touch armv7 iPhone3GS, iPhone4, iPhone4S,iPad, iPad2, iPad3(The New iPad), iPad mini, iPod Touch 3G, iPod Touch4 armv7s iPhone5, iPhone5C, iPad4(iPad with Retina Display) arm64 iPhone5S 以后至 iPhoneX , iPad Air, iPad mini2以后
1.6 學習匯編的用途
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編寫驅動程序、操作系統（比如Linux內核的某些關鍵部分）
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對性能要求極高的程序或者代碼片段，可與高級語言混合使用（內聯匯編）
-
軟件安全
- 病毒分析與防治
- 逆向\加殼\脫殼\破解\外掛\免殺\加密解密\漏洞\黑客
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理解整個計算機系統的最佳起點和最有效途徑
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為編寫高效代碼打下基礎
- 弄清代碼的本質
- 函數的本質究竟是什么?
- ++a + ++a + ++a 底層如何執行的?
- 編譯器到底幫我們干了什么?
- DEBUG模式和RELEASE模式有什么關鍵的地方被我們忽略
- ......
小結2
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作為一個普通iOS開發者，學習匯編可以熟悉軟件、程序的執行過程
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了解操作系統，了解CPU/內存等硬件
-
iOS逆向的基礎
2、CPU與內存
在匯編中,大部分指令都是和CPU與內存相關的，因此學習匯編指令之前，我們需要了解CPU與內存的知識，不然無法理解匯編指令
2.1 了解CPU
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每一個CPU芯片都有許多管腳，這些管腳和總線相連，CPU通過總線跟外部器件進行交互
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總線：一根根導線的集合， 總線分為：地址總線， 數據總線， 控制總線
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CPU對內存的操控簡單示例
2.2 了解總線
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地址總線
- CPU是通過地址總線來指定存儲器單元(要訪問的內存地址)
- 一個CPU有N根地址線，CPU地址總線的寬度為N, 最多可以尋找2的N次方個內存單元(單位：字節)
- 地址總線的寬度決定了CPU的 尋址能力
- 舉例： 8086的地址總線寬度是 20 ，所以尋址能力是 1M（ 2^10=1024, 2^20=1024*1024, 基本單位是Byte 字節）
尋址能力說明
直觀舉例：8086的尋址能力是1M，如果內存大小是2M，那么剩余的1M內存CPU無法使用，或者說無法訪問到。
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數據總線
- CPU與內存或其他器件之間的數據傳送通過數據總線來進行的
- 數據總線的寬度決定了CPU的單次數據傳送量，也就是數據 傳送速度
- 一個數據傳輸示例：
CPU傳輸數據說明
一根數據總線，傳遞一個bit的數據
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控制總線
- 它的寬度決定了CPU對其他器件的 控制能力、能有多少種控制(當前對這塊知道的比較少)
2.3 CPU小結練習
- 一個CPU 的尋址能力為8KB,那么它的地址總線的寬度為____
- 8080,8088,80286,80386 的地址總線寬度分別為16根,20根,24根,32根.那么他們的尋址能力分別為多少____KB, ____MB,____MB,____GB?
- 8080,8088,8086,80286,80386 的數據總線寬度分別為8根,8根,16根,16根,32根.那么它們一次可以傳輸的數據為:____B,____B,____B,____B,____B
- 從內存中讀取1024字節的數據,8086至少要讀____次,80386至少要讀取____次.
2.4 了解內存
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各類存儲區的邏輯連接
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各類存儲器的邏輯連接-物理地址對應
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內存分類
- 隨機存儲器RAM；隨機存儲器可讀可寫，但必須帶電存儲，關機后存儲的內容丟失
- 只讀存儲器ROM；只能讀取不能寫入，關機后其中的內容不丟失
各類存儲器的物理地址情況（8086）
- 上圖中：內存地址空間的大小受CPU地址總線寬度的限制。8086的地址總線寬度為20，可以定位2^20個不同的內存單元（內存地址范圍0x00000~0xFFFFF），所以8086的內存空間大小為1MB
- 0x00000~0x9FFFF：主存儲器?？勺x可寫
- 0xA0000~0xBFFFF：向顯存中寫入數據，這些數據會被顯卡輸出到顯示器?？勺x可寫
- 0xC0000~0xFFFFF：存儲各種硬件\系統信息。只讀
2.5 內存小結
- CPU的地址總線的寬度，決定了電腦能夠使用的內存大小
- 對于CPU來說，外接的內存設備其實有一個地址的范圍的，對某個地址范圍內進行操作，也就是對某個設備的操作。（參照內存圖2）
3、進制的深入理解
3.1 進制的定義
- 八進制由8個符號組成: 0 1 2 3 4 5 6 7 逢八進一
- 十進制由10個符號組成: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9逢十進一
- N進制就是由N個符號組成: 逢N進一
3.2 進制的計算
通常我們進行進制計算總以十進制為依托去考慮其他進制，需要運算的時候也總是先轉換成十進制，但是，其實按照十進制的加法表和乘法表，我們可以寫出其他進制的加法表和乘法表，然后按照表進行加減乘除，可以準確得出結果，而不必依賴十進制(像我們做十進制的加減乘除一樣)
做個練習
- 八進制運算（ 根據下面的加法表和乘法表去進行 ）
- 2 + 3 = __ , 2 * 3 = __ ,4 + 5 = __ ,4 * 5 = __.
- 277 + 333 = __ , 276 * 54 = __ , 237 - 54 = __ , 234 / 4 = __ .
八進制數和加法表
0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 14 15 16 17 20 21 22 23 24 25 26 27 ...1+1 = 2 1+2 = 3 2+2 = 4 1+3 = 4 2+3 = 5 3+3 = 6 1+4 = 5 2+4 = 6 3+4 = 7 4+4 = 10 1+5 = 6 2+5 = 7 3+5 = 10 4+5 = 11 5+5 = 12 1+6 = 7 2+6 = 10 3+6 = 11 4+6 = 12 5+6 = 13 6+6 = 14 1+7 = 10 2+7 = 11 3+7 = 12 4+7 = 13 5+7 = 14 6+7 = 15 7+7 = 16 復制代碼八進制乘法表
0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 14 15 16 17 20 21 22 23 24 25 26 27...1*1 = 1 1*2 = 2 2*2 = 4 1*3 = 3 2*3 = 6 3*3 = 11 1*4 = 4 2*4 = 10 3*4 = 14 4*4 = 20 1*5 = 5 2*5 = 12 3*5 = 17 4*5 = 24 5*5 = 31 1*6 = 6 2*6 = 14 3*6 = 22 4*6 = 30 5*6 = 36 6*6 = 44 1*7 = 7 2*7 = 16 3*7 = 25 4*7 = 34 5*7 = 43 6*7 = 52 7*7 = 61 復制代碼3.3 二進制的簡寫形式
二進制: 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 三個二進制一組: 101 110 111 100八進制: 5 6 7 4 四個二進制一組: 1011 1011 1100十六進制: b b c 二進制：從0 寫到 1111 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 這種二進制使用起來太麻煩，改成更簡單一點的符號： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 這就是十六進制了 復制代碼3.4 自己定義進制符號
思考1 + 1 在____情況下等于 3？
如果我們這樣定義十進制的10個符號組成: 0 1 3 2 8 A B E S 7 逢十進一
那么這個時候，1 + 1 = 3!就對了!
這樣的目的何在
傳統我們定義的十進制和自定義的十進制不一樣.那么這10個符號如果我們 不告訴別人這個符號表,別人是沒辦法拿到我們的具體數據的!用于加密!
十進制由十個符號組成,逢十進一,符號是可以自定義的!!
練習
- 現在有10進制數 10個符號分別是：2，9，1，7，6，5，4， 8，3 , A 逢10進1 那么： 123 + 234 = ____(1A6)
那么剛才通過10進制運算可以轉化10進制然后查表!但是如果是其他進制.我們就不能轉換,要直接學會查表
3.5 進制小結
- 進制可以用于數據間的計算
- 進制可以用于表示地址值
- 自定義進制可以用于數據加密
3.6 計算機中常見的數據寬度
- 位(Bit): 1個位就是1個二進制位.0或者1
- 字節(Byte): 1個字節由8個Bit組成(8位).內存中的最小單元Byte.
- 字(Word): 1個字由2個字節組成(16位),這2個字節分別稱為高字節和低字節.
- 雙字(Doubleword): 1個雙字由兩個字組成(32位)
- 計算機中有符號數正負判定：最高位的數值進行判定（0~7為正，8~F為負）
3.7 計算機中數據的存儲
- 數學上的數字，是沒有大小限制的，可以無限的大。但在計算機中，由于受硬件的制約，數據都是有長度限制的（我們稱為數據寬度），超過最多寬度的數據會被丟棄。
- 數據的長度根據數據的類型判定，比如int 4字節 longlong 8字節，超出的就會被丟棄，例如
xcode內存調試：Debug->Debug workFlow->view memory, 發現高位丟失了
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圖1：lldb調試
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圖2：內存調試
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經過調試發現，超出數據寬度的高位數據直接被丟棄了，并不是像我們想象的存儲在其他地方
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補充：關于數據是如何存儲的，需要看C語言知識(反碼、補碼。。。)
4、CPU寄存器了解
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CPU內部結構
- 對程序員來說，CPU中最主要部件是寄存器，通過改變寄存器的內容我們可以實現對CPU的控制
- 不同的CPU，寄存器的個數、結構是不相同的
4.1了解一些AMR64寄存器
X0-X31
ARM64擁有有31個64位的通用寄存器 x0 到 x30,這些寄存器通常用來存放一般性的數據，有時也有特定用途
使用iPhone真機(注意，模擬器的CPU是x86，和真機的架構不一樣，寄存器是不同的)運行一個簡單的Demo，可以查看CPU寄存器。通用寄存器x0-x28, x29-x30被用作特殊用途了(fp, lr)
w0-w28是這些是32位的，由于64位CPU需要兼容32位CPU，所以可以只使用64位寄存器的低32位. 比如w0的值就是x0寄存器的低32位值 通常，CPU會先將內存中的數據存儲到通用寄存器中，然后再對通用寄存器中的數據進行運算，例如假設內存中有塊紅色內存空間的值是3，現在想把它的值加1，并將結果存儲到藍色內存空間
CPU首先會將紅色內存空間的值放到X0寄存器中：mov X0,紅色內存空間然后讓X0寄存器與1相加：add X0,1最后將值賦值給內存空間：mov 藍色內存空間,X0 復制代碼分析下面一段匯編，體驗下
```.text // 表示是代碼段.global _A, _B // 全局的代碼段入口_A: // 入口Amov x27, #0xa0 // #表示立即數，mov表示寫入到寄存器mov x28, #0x00 add x28, x27, #0x14mov x27, x28bl _B // bl指令，專門用于操作pc寄存器mov x27, #0x0ret_B:add x27, x27, #0x10retvoid A();int main(int argc, char * argv[]){A(); // 調用A代碼段return 0;}``` 復制代碼Xcode調試截圖
匯編指令內容在內存中的存儲
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pc寄存器（program counter）
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指令指針寄存器，它指示了CPU當前要讀取指令的地址
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在內存或者磁盤上，指令和數據沒有任何區別，都是二進制信息
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CPU在工作的時候把有的信息看做指令，有的信息看做數據，為同樣的信息賦予了不同的意義(可以參照上面的圖理解)
- 比如 0001 1100 0000 0000 0100 0000 1101 0010
- 可以當做數據 0x1C0080D2
- 也可以當做指令 mov x28, #0x0
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CPU根據什么將內存中的信息看做指令？
- CPU將pc指向的內存單元的內容看做指令
- 如果內存中的某段內容曾被CPU執行過，那么它所在的內存單元必然被pc指向過
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bl指令
- CPU從何處執行指令是由pc中的內容決定的，我們可以通過改變pc的內容來控制CPU執行目標指令
- ARM64提供了一個mov指令（傳送指令），可以用來修改大部分寄存器的值，但是，mov指令不能用于設置pc的值，ARM64沒有提供這樣的功能
- ARM64提供了另外的指令來修改PC的值，這些指令統稱為轉移指令，最簡單的是bl指令
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4.2 寄存器與CPU小總結
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對寄存器的理解
- CPU除了有控制器、運算器還有寄存器。其中寄存器的作用就是進行數據的臨時存儲
- CPU的運算速度是非?？斓?#xff0c;為了性能CPU在內部開辟一小塊臨時存儲區域，并在進行運算時先將數據從內存復制到這一小塊臨時存儲區域中，運算時就在這一小快臨時存儲區域內進行。我們稱這一小塊臨時存儲區域為寄存器。
- 對于arm64系的CPU來說， 如果寄存器以x開頭則表明的是一個64位的寄存器，如果以w開頭則表明是一個32位的寄存器，在系統中沒有提供16位和8位的寄存器供訪問和使用。其中32位的寄存器是64位寄存器的低32位部分并不是獨立存在的。（直觀點說： 對w0修改其實就是對x0的修改，只不過數據只存放在x0的低32位）
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高度緩存的了解
- CPU每執行一條指令前都需要從內存中將指令讀取到CPU內并執行。而寄存器的運行速度相比內存讀寫要快很多,為了性能,CPU還集成了一個高速緩存存儲區域.當程序在運行時，先將要執行的指令代碼以及數據復制到高速緩存中去(由操作系統完成).CPU直接從高速緩存依次讀取指令來執行.
- iPhoneX上搭載的ARM處理器A11它的1級緩存的容量是64KB，2級緩存的容量8M.
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AMR中寄存器種類的了解
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數據地址寄存器（主要學習）
- 數據地址寄存器通常用來做數據計算的臨時存儲、做累加、計數、地址保存等功能。定義這些寄存器的作用主要是用于在CPU指令中保存操作數，在CPU中當做一些常規變量來使用。
- 64位: X0-X30, XZR(零寄存器)
- 32位: W0-W30, WZR(零寄存器)
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浮點和向量寄存器
- 浮點寄存器 64位: D0 - D31 32位: S0 - S31
- 向量寄存器 128位:V0-V31， 現在的CPU支持向量運算.(向量運算在圖形處理相關的領域用得非常的多)為了支持向量計算系統了也提供了眾多的向量寄存器.
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轉載于:https://juejin.im/post/5ad7617a6fb9a045f62308a0
總結
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