Einführung. Übungen zur Vorlesung Virtuelle Maschinen. Stefan Potyra. SoSe 2009

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1 Einführung Übungen zur Vorlesung Virtuelle Maschinen Stefan Potyra Lehrstuhl für Informatik 3 (Rechnerarchitektur) Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg SoSe 2009

2 Übungsaufgaben 1 Entwickeln einer virtuellen Maschine (6 Wochen) vorgegebene Aufgabenstellung klassische Programmieraufgabe keine Gruppenarbeit Abgabe per Mail an 2 Erweitern einer existierenden virtuellen Maschine (7 Wochen) Sucht Euch selbst was aus! Abgabe des Codes sowie Kolloquium Gruppenarbeit möglich

3 Bit-Manipulation Maske für das n-te Bit: 1 << n Maske für alle außer dem n-ten Bit: ~(1 << n) Bit Setzen Verodern: x = 0x01; Bit Löschen Verunden: x &= ~0x01; Bit umkeheren Exklusives Oder x ^= 0x01; Niederwertiges Byte: x & 0xff Nur niederwertiges Byte verändern: x &= ~0xff; x = b & 0xff;

4 Variablen fester Größe C garantiert keine Größe von short int, int, long int, aber inttypes.h enthält folgende Definitionen: uint8 t uint16 t uint32 t int8 t int16 t int32 t

5 Format-String für inttypes Problem: %d bezieht sich auf int, %ld auf long int usw. Für Variablen fester Größe können die Macros PRIi16, PRIi32 etc. verwendet werden. Beispiel: uint32_t x; x = 1234; printf("x hat den Wert %" PRIi32 "\n", x);

6 Funktionspointer Eine Funktion ist eine Addresse im.text-segment Diese Adresse kann in C genutzt werden (z.b. für Callbacks) Deklaration für Funktionspointer: Rückgabewert (*Variablenname)(Parameter, Parameter) Beispiel: void (*funptr)(int, long int); Zuweisung: funptr = myfunc; Aufruf mittels: (*funptr)(23, 42); Einfacher: funptr(23, 42);

7 PC - Übersicht PC besteht aus: CPU Speicher Bios ROM Peripherie... Kommunikation der Komponenten erfolgt über unterschiedliche Busse. Bridges verbinden die Busse.

8 schematischer Aufbau CPU host bus Memory Memory PCI bus North Bridge memory bus PCI #1 PCI #2 South Bridge IDE bus IDE ISA #1 ISA bus ISA #2 BIOS ROM

9 CPU x86 8 General Purpuse Register (eax, ebx, ecx,...) Zugriff teils auch für 16-, 8-Bit möglich (eax - ax - ah, al) 6 Segmentregister (cs, ds, ss,...) spezielles eflags Register Instruction Pointer eip Teils zusätzliche Register für andere Einheiten (FPU, MMX, SSE,...) Bit EAX AX AH AL

10 Addressierungsarten Datenabhängige Befehle Immediate Operand: $1234 Direct (absolute) Address: 1234 Register: %eax Register Indirect: (%eax) Register Indirect with Offset: 1234(%eax)... Kontrollflussbefehle PC-Relative: 1234 Segment-Absolute: $0, $1234 Absolute Indirect: *1234

11 Boot-Vorgang (vereinfacht) 1 Reset erfolgt 2 eip wird auf 0xfff0 gesetzt 3 Adresse zeigt auf Bios-ROM (South Bridge) 4 Bios wird in Hauptspeicher kopiert und evtl. entpackt 5 Hardware wird konfiguriert und ROMs der Hardware werden angesprungen (sofern vorhanden) 6 diverse BIOS-Funktionalität 7 Der Boot-loader eines Betriebssystems wird nach 0x7c00 kopiert. 8 0x7c00 wird angesprungen 9 Boot-Loader lädt evtl. weitere Teile und schließlich das Betriebssystem.

12 Übersicht Programmierer schreibt Programm in C CPU führt binäre Befehle im Speicher aus Was passiert dazwischen?

13 Toolchain 1 Preprozessor cpp ersetzt Makros und fügt Code für inkludierte Dateien ein. cpp hallo.c > hallo.pre.c 2 Compiler cc1 erzeugt -Code cc1 [-m32] hallo.pre.c 3 generiert Object-Code as [-32] hallo.pre.s -o hallo.o 4 Linker bindet Object-Dateien zusammen, und löst dabei Referenzen auf und führt Relokation durch ld [-m elf i386] hallo.o -o hallo.bin [...]

14 Relokation beim Binden 0x0000 0x05a0 0x0000 0x0120 hallo.o welt.o call 0x0048 0x0000 0x05a0 0x06c0 hallo.o welt.o call 0x05e8

15 Tools zum inspiziern von Objects/ELFs Anzeigen der Relokationstabelle: objdump -r <datei> -Listing (mit Binärdarstellung) anzeigen: objdump -D <datei> Eine Sektion in Binärform in eine Datei kopieren: objcopy -O binary -j <sektion> <datei> <zieldatei> Weitere Tools: readelf, nm

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