Hal-hal aneh yang dipelajari saat menulis emulator x86

Hal-hal aneh yang dipelajari saat menulis emulator x86

• Menjelaskan berbagai trivia dan keanehan yang dipelajari saat menulis emulator x86 dan amd64
• Dalam Time Travel Debugging(TTD), emulator CPU digunakan untuk merekam eksekusi proses pada level instruksi
• Versi pertama TTD disebut iDNA, ditulis dalam assembly, cepat tetapi sulit dirawat
• Versi kedua ditulis dalam C++, sehingga kemudahan pemeliharaannya meningkat

Trivia encoding x86 yang tidak berguna

• Skema encoding x86 memungkinkan instruksi yang sama di-encode dengan berbagai cara
• Instruksi int 3 dapat di-encode sebagai CD 03 atau CC
• Register EAX disebut "register akumulator", dan memang memiliki perbedaan dalam encoding
• Prefiks REX memungkinkan akses ke rentang register yang lebih luas dalam kode 64-bit
• Panjang instruksi bisa mencapai maksimum 15 byte, dan jika melebihinya akan terjadi exception
• Prefiks address override memungkinkan referensi alamat 32-bit dalam mode 64-bit

Karakteristik flag yang aneh

• Instruksi INC tidak memperbarui carry flag, berbeda dengan instruksi ADD
• Instruksi CMPXCHG8B/CMPXCHG16B hanya memodifikasi zero flag
• Instruksi shift dan rotate membiarkan overflow flag dalam keadaan tidak terdefinisi bila jumlah shift lebih besar dari 1

Lebih banyak kejutan dari instruksi shift

• shr ax, 10h menggeser register ax sejauh 16 bit sehingga menjadi 0
• shr eax, 20h menggeser register eax sejauh 32 bit tetapi nilainya tidak berubah
• Jumlah shift dimasking dengan 1FH

Segment override

• Segmen masih digunakan dalam kode 32-bit dan 64-bit, terutama untuk thread-local storage
• Di Windows, register FS atau GS digunakan untuk mereferensikan TEB(Thread Execution Block)
• Pada proses 32-bit digunakan FS, dan pada proses 64-bit digunakan GS
• Dalam mode 64-bit, nilai register segmen tidak penting

Segment override: lebih banyak trivia

• Dalam mode 32-bit, nilai aktual register segmen mereferensikan segment descriptor
• Dalam mode 64-bit, base dikendalikan oleh MSR
• Di WinDbg, nilai segmen proses 64-bit tidak bisa dibaca secara langsung

Kesimpulan

• Artikel ini memberikan daftar acak trivia x86
• Menulis emulator membantu memahami secara mendalam bagaimana CPU bekerja
• Sumber daya yang sangat bagus dapat ditemukan di situs web Agner Fog

Ringkasan GN⁺

• Menjelaskan berbagai trivia dan keanehan yang dipelajari saat menulis emulator x86 dan amd64
• Menulis emulator membantu memahami secara mendalam cara kerja CPU
• Membahas berbagai trivia seperti beragam cara encoding instruksi int 3, prefiks REX, dan segment override
• Lebih banyak sumber daya tersedia di situs web Agner Fog

[GN⁺]

Komentar Hacker News

• Intel SDM secara eksplisit menyatakan bahwa untuk instruksi BSF/BSR, jika input bernilai 0 maka nilai tujuan tidak terdefinisi. AMD mendokumentasikan bahwa dalam kasus ini tujuan tidak dimodifikasi
  • glibc menggunakan fakta tidak resmi bahwa di Intel tujuan juga tidak dimodifikasi
  • TZCNT/LZCNT adalah bentuk BSF/BSR yang diberi prefiks F3, yang diabaikan pada prosesor lama. Kode yang sama bisa berperilaku berbeda di CPU yang berbeda
• Ada banyak keluhan tentang prefiks, tetapi itu bukan masalah terbesar. Bit ekstensi REX/VEX/EVEX.RXB diabaikan saat tidak diterapkan
  • APX memiliki prefiks REX2 yang dapat mengenkode register r16-r31, tetapi tidak bisa untuk xmm16-xmm31
  • Prefiks EVEX memiliki layout yang berbeda tergantung opcode
  • Penggunaan bit ekstensi berbeda tergantung jenis register
• Pendapat dari seseorang yang menikmati coding assembly. Menyukai kualitas estetika yang sederhana dan vertikal
  • Berbagi pengalaman menulis mini VM untuk membantu temannya yang memakai JS memahami stack
  • Menyebut bahwa temannya sibuk dengan pengembangan web sehingga tidak punya waktu untuk belajar secara mendalam
• Salah ingat bahwa varian Salsa20 dan machine code ada di cryp.to. Situs Dan Berstein adalah cr.yp.to
  • Berbagi pengalaman menguji berbagai implementasi saat mengerjakan enkripsi data di sebuah startup
• Merekomendasikan Justine Tunney dan emulatornya. Dokumentasinya menjelaskan dengan baik cara kerja CPU
• Tidak setuju dengan pendapat bahwa menulis emulator CPU adalah cara terbaik untuk memahami CPU
  • Membuat CPU di level gerbang adalah cara yang lebih baik
• Tidak setuju dengan pendapat bahwa assembly x86 menimbulkan lebih banyak masalah daripada RISC
  • x86 mudah dianalisis, tetapi MIPS sulit
• Menyampaikan rasa hormat kepada pengembang emulator prosesor x86
  • Saat mengembangkan emulator i386, banyak belajar tentang system call dan ELF
• Berbagi pengalaman menulis emulator x86
  • Mengenang pengalaman menulis emulator mainan yang menjalankan kode BIOS awal
• Berbagi pendapat bahwa mereka menyukai gaya dan layout blog