程序本质
回忆上次内容
python3 的程序是一个 5.3M 的可执行文件
我们通过which命令找到这个python3.8的位置
将这个python3.8复制到我们的用户目录下
这个文件还是能够执行的
将这个文件转化为字节形态
确实可以转化
但是这个文件我们看不懂啊！！！😭
怎么才能看懂这些东西呢？🤔
这个东西我们确实看不懂
但是有人能看懂
谁呢？
真实的cpu
无论手机还是计算机
最核心器件的器件就是cpu
这个东西是个实实在在存在的实体
这个cpu就能看懂这些字节码吗？
cpu
cpu能看懂这些字节码！！！
这些字节码
我们看不懂的
cpu能看懂
这是属于cpu的机器语言
这就是cpu的一条条的机器指令(instruction)
机器指令码都是二进制字节形式的
我们尝试把python3.8转化为字节表现形式
反汇编-汇编语言助记符
#先把~/python3对应的机器语言输出为汇编指令形式(反汇编)
objdump -d python3.8 > python3.8.asm
vi python3.8.asm
1.
2.
3.
这次真的可以看懂了
减法(sub)
移动(mov)
这些指令
可以发现当前系统的架构(指令集)是x86-64
这些和我们刚才的字节形态有关系吗？
对比
用vi分窗口分别打开打开python3 和 python3.asm
vi -o python3.8hex python3.8.asm
1.
下图中上半部分是机器语言
上图下半部分是机器语言对应的汇编指令助记符
ctrl+j、ctrl+k可以上下窗口切换
我们来试着找找
python3.8文件中
机器语言的0101和cpu的汇编指令的对应关系🧐
找到了
下面窗格
先跳到第8行
endbr64 意味着 64位结束分支
下面就是第9行
第9行
/48 83 找到上下的对应关系
也就是第一条执行的汇编指令sub
sub对应substract 是减法
汇编指令是计算机 cpu 机器指令的助记符
查找对应关系
423000 就是初始化(init)的 cpu 开始执行指令的地址
我们在上面查找48 83
看有没有对应的字节
/4883 ec08 488b…
在上面的窗格中
搜索这些字节形态
好像找到了对应关系
具体怎么对应的呢？
这台计算机用的是什么指令集呢？
什么是指令集来着？
指令集
指令集就是指令的集合
指令集也叫计算机的架构
不同架构的 cpu 有不同的指令集
我们目前的这个浏览器里面的系统用的是 x86-64
除此之外 arm、MIPS、RISC-V 也是常用的指令集
指令助记符和机器语言到底是则怎么对应的呢？
回到代码
代码会有不同的 section 模块
入口是 init
作用是初始化initialization
模块里面是具体的指令
比如第一句 48 83 ec 08
为什么48 83 就可以代表减法
这是谁规定的呢？
查看指令集
这是cpu架构规定的
首先要明确到当前机器的cpu的架构
反汇编里面说是x86-64
到shell里面验证一下
当前机器所用的架构指令集确实是x86-64
这是谁的架构呢？
搜索
不会了就去搜索😄
去intel官网找指令集
查询x86_64指令集
找到cpu的手册
https://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/manuals/64-ia-32-architectures-software-developer-instruction-set-reference-manual-325383.pdf
可以找到指令和二进制状态之间的关系么？
先要找到x86-64指令集中 48 83 这条指令
注意上图中
100B中的B是0或1
100B可以是1000
也可以是1001
这确实是一条减法指令
而且是8位立即数和寄存器的减法运算
逐步搜索
找起来真的很费劲
48 83 ec 08 对应 sub $0x8,%rsp
确实是一条减法指令
确实是8位立即数和寄存器的减法运算
和objdump的结果是一致的
废话！！！😠
除了减法指令sub之外
还有什么别的指令呢？
更多cpu指令
指令那可还有很多的
有运算的
有移位的
加减乘除都有
这些指令的集合就是指令集
指令集就是cpu运行的基础！
这些机器语言的指令不能在别的指令集架构上运行么？
移植 port
想在别的指令集架构上运行程序
就需要移植(port)
移植(port)指的是从一种指令集移植到另一种指令集
从这个词的词源
可以看出欧美的航海文化基础
port 港口
也可以看出我们的农耕文化基础
移植
不移植会如何呢？
不移植
这是playstation2的架构图
cpu是mips架构的
不移植的话
就是让x86架构的pc
去直接执行这些基于mips架构的的0101… 字节码
就像让一个意大利泥瓦匠看一份中文写成的烹饪书来砌墙
鸡同鸭讲
驴唇不对马嘴
0101的文件执行出来全是乱的
完全不能用
而且不全是软件的问题
也涉及到硬件等方面
可能某个寄存器在新架构中根本就不存在
架构师
这个时候架构师要解决相当多的问题
很不容易的
落实到我们的python3.8游乐场
我们的python3.8就是这样的一系列的cpu指令
可以解释py文件的
python3.8 又是如何解释py文件的来着？
python3 执行过程
不管是python3.8这个游乐场
还是hello.py这个python程序
都在我们的硬盘上
先得把文件从硬盘读到内存
python3 执行的过程大致是这样
先把python3.8这个主解释器加载到内存中
然后在x86-64的cpu上执行
模拟出一台python虚拟机
对py文件解释执行
那为什么py程序可以跨架构跨平台呢？
架构的层次
不同架构的 cpu 都可以运行 python
risc-v
arm
x64
mips
龙芯
不同系统的环境都可以运行 python
win
mac
linux
freebsd
跨架构跨平台原理
由于python3.8 的源文件
被不同的架构的编译器 编译后
被部署到 不同的cpu架构和系统上
所以同样的py文件被加载之后
python程序可以对py文件跨架构、跨系统进行解释执行
一次编写到处运行
不同的架构下
汇编指令都不一样
怎么能正确解释执行同样的python程序呢？
跨架构跨平台原理
/usr/bin/python3.8 本身是二进制文件
是基于当前操作系统当前架构编译出来的
可执行二进制文件
不同的架构有不同的编译器
不同的编译器编译出来的python3.8
是不同的二进制指令序列
python3.8 构建了一个运行时环境
这个环境可以解释读到的python语句
把python语句翻译成系统能读懂输入输出
翻译成当前架构能够执行的代码
然后边解释边执行
恭喜您完成了非常烧脑一个实验！
我们去总结吧！！！
总结
python3 的程序是一个 5.3M 的可执行文件
python3 里面全都是 cpu 指令
可以执行的那种
我们可以把指令对应的汇编找到
objdump -d ~/python3 > python3.asm
汇编语句是和当前机器架构的指令集相关的
uname -a可以查询指令集
我们执行的过程其实就
系统执行python3这个可执行文件
给了python3一个参数hello.py
python3对于hello.py一句句的解释执行
在显示器输出了hello world
python3执行完毕
把控制权交回给 shell
这就是我们执行hello.py的过程
我想输出个稍微复杂点的东西
可以做下面这个框架标题吗？🤔
