レジスタ

目次

レジスタ

QEMUコマンド

• レジスタの状態を見る(QEMU)
info registers
• メモリダンプ(QEMU):RIPレジスタで次の機械語命令の位置を確認しメモリに何が入っているか確認する
//書式 x /fmt addr x /[個数(数値)][フォーマット(16:x/10:d/逆アセンブル:i)][サイズ,単位(1byte:b/2byte:h/4byte:w/8byte:g)] [アドレス]
• PCI,USBの状態を見る
info pci info usb

レジスタについて

• 汎用レジスタ:値を記憶する
• 特殊レジスタ:CPU内蔵の機能を制御するためのレジスタ

ELF形式ファイル

ELFファイルの構造

• ファイルヘッダ：ファイル全体の情報。ELFファイルのビット数、対象アーキテクチャ、プログラムヘッダやセクションヘッダの開始位置やサイズ等が記載される。
typedef struct { unsigned char e_ident[EI_NIDENT]; Elf64_Half e_type; Elf64_Half e_machine; Elf64_Word e_version; Elf64_Addr e_entry; Elf64_Off e_phoff; //プログラムヘッダのファイルオフセットを表す Elf64_Off e_shoff; Elf64_Word e_flags; Elf64_Half e_ehsize; Elf64_Half e_phentsize; //プログラムヘッダの要素１つの大きさを表す Elf64_Half e_phnum; //プログラムヘッダの要素数を表す Elf64_Half e_shentsize; Elf64_Half e_shnum; Elf64_Half e_shstrndx; } Elf64_Ehdr;
• プログラムヘッダ：ローダ向けの情報
typedef struct { Elf64_Word p_type; //PHDR,LOADなどのセグメント種別 Elf64_Word p_flags; //フラグ Elf64_Off p_offset; //オフセット Elf64_Addr p_vaddr; //仮想Addr Elf64_Addr p_paddr; Elf64_Xword p_filesz; //ファイルサイズ Elf64_Xword p_memsz; //メモリサイズ Elf64_Xword p_align; } Elf64_Phdr;
• セクション本体：
• セクションヘッダ：リンカ向けの情報。各セクションのファイル中での位置とサイズ、セクションの属性等が記載される。

メモリ領域の分類

• 静的領域(StaticStorageArea)
• プログラム開始時に確保され、終了時に放棄される
• static変数、グローバル変数、定数などが置かれる場所
• 初期化あり→.dataセクション
• 初期化なし→.bssセクション
• メモリ確保・解放は自動(プログラマがfreeする必要はない)
• スタック領域(StackArea)
• 関数呼び出し時に自動で確保・解放される。
• ローカル変数(staticなし)がここに置かれる。
• サイズは有限、深い再帰や大きな配列でスタックオーバーフローが起こる。
• ヒープ領域(HeapArea)
• malloc/calloc/reallocなどで動的に確保
• freeで明示的に解放する必要がある。
• 実行中にサイズを柔軟に変えられる

コマンド

• プログラムヘッダを確認する
// readelf -l [ELFファイル] //以下のように情報が表示される Elf file type is EXEC (Executable file) Entry point 0x101020 There are 5 program headers, starting at offset 64 Program Headers: Type Offset VirtAddr PhysAddr FileSiz MemSiz Flags Align PHDR 0x0000000000000040 0x0000000000100040 0x0000000000100040 0x0000000000000118 0x0000000000000118 R 0x8 LOAD 0x0000000000000000 0x0000000000100000 0x0000000000100000 0x00000000000001a8 0x00000000000001a8 R 0x1000 LOAD 0x0000000000001000 0x0000000000101000 0x0000000000101000 0x00000000000001b9 0x00000000000001b9 R E 0x1000 LOAD 0x0000000000002000 0x0000000000102000 0x0000000000102000 0x0000000000000000 0x0000000000000018 RW 0x1000 GNU_STACK 0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000 RW 0x0 Section to Segment mapping: Segment Sections... 00 01 .rodata 02 .text 03 .bss 04
• ROADセグメント：ローダーが読み込み処理のために参照するセグメント。ローダはLOADセグメントに記載された情報に従って、ファイルのデータをメモリにコピーする。これを「ロード(load)」という。
• .bssセクション:初期値なしのグローバル変数を配置するセクション

カーネル

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汎用レジスタ(GPR)
名称	64bit	32bit	16bit	上位8bit	下位8bit
汎用レジスタ
アキュムレータレジスタ	RAX	EAX	AX	AH	AL
ベースレジスタ	RBX	EBX	BX	BH	BL
カウントレジスタ	RCX	ECX	CX	CH	CL
データレジスタ	RDX	EDX	DX	DH	DL
インデックスレジスタ
ソースインデックス	RSI	ESI
デスティネーションインデックス	RDI	EDI
特殊レジスタ
ベースポインタ	RBP	EBP	BP
スタックポインタ	RSP	ESP	SP			割り込みハンドラが勝手に変更してはならないと決められている。通常はスタックを使う場合、仕様領域分(byte)をスタックポインタから引いて利用するが、128byte以下であれば、leaf function(他の関数を呼び出さない関数)はRSPの値を調整せずにレッドゾーン(RSPの手前128byteの領域)を使える。
インストラクションポインタ	RIP	EIP	IP			CPUが次に実行する命令のメモリアドレスを保持する。
セグメントレジスタ
コードセグメント	RCS	ECS	CS
データセグメント	RDS	EDS	DS
エクストラセグメント	RES	EES	ES
スタックセグメント	RSS	ESS	SS
	R8	R8D	R8W	R8B
	R9	R9D	R9W	R9B
	R10	R10D	R10W	R10B
	R11	R11D	R11W	R11B
	R12	R12D	R12W	R12B
	R13	R13D	R13W	R13B
	R14	R14D	R14W	R14B
	R15	R15D	R15W	R15B
	壊してはいけないレジスタ
CR0						CPUの重要な設定を集めたレジスタ
EFLAGSレジスタ(全32bit)
キャリーフラグ	CF	0bit	足し算で繰上りが起こる場合、引き算して繰り下がりが起こらない場合、
未使用		1bit
パリティフラグ	PF	2bit	値の最下位バイト(8bit)に1が偶数個あるときセットされ、奇数個の場合はクリアされる
未使用		3bit
調整フラグ	AF	4bit	2進化10進演算(BCD)で使用されるキャリーフラグ。
未使用		5bit
ゼロフラグ	ZF	6bit	結果がゼロの場合にセットされゼロでない場合はクリアされる
符号フラグ	SF	7bit	符号付き整数の符号ビットと同じ値にセットされる
トラップ、トレースフラグ	TF	8bit
割り込みフラグ	IF	9bit
方向フラグ	DF	10bit	ストリング命令（MOVS、CMPS、SCAS、LODS、STOS)を制御する。
オーバーフローフラグ	OF	11bit	オーバフロー時（デスティネーションオペランドに収まらない場合）にセットされる
I/O特権レベル	IOPL	12bit
I/O特権レベル	IOPL	13bit
ネストタスクフラグ	NT	14bit
未使用		15bit
デバッグレジスター命令ブレイクポイントを(1回のみ)無効にする	RF	16bit
1=仮想86モード	VM	17bit
変更可能であればi486 Pentium以降のCPU	AC	18bit
仮想割り込みフラグ(Pentium以降)	VIF	19bit
仮想割り込みペンディングフラグ(Pentium以降)	VIP	20bit
変更可能であればCPUID命令に対応している	ID	21bit
未使用		22~31bit
SIMDレジスタ
名称	128bit
	XMM0	第一引数、返却値（実数型float:下位32bit.double:下位64bit）
	XMM1	第二引数
	XMM2	第三引数
	XMM3	第四引数
	XMM4
	XMM5
	XMM6
	XMM7
	XMM8
	XMM9
	XMM10
	XMM11
	XMM12
	XMM13
	XMM14
	XMM15
プログラムカウンタ
メモリアドレスレジスタ
命令レジスタ
デコーダ
ALU
制御回路


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