C /汇编：如何更改CPU寄存器中的单个位？

Question

我是软件故障注入领域的新研究人员，目前我的最终目标是编写一段能够更改 CPU 寄存器中单个位的简单代码。我正在考虑在 C 中执行此操作（代码中包含一些汇编调用）。考虑到这一点，我在 Stack Overflow 中找到了这个很棒的线程和关于如何访问 32 位 CPU 寄存器内容的简单示例：Is it possible to access 32-bit registers in C? 这样，我就可以编写这个简单的代码：

#include <stdio.h>

int main()
{
    register int value;

    register int ecx asm("ecx");
    printf("Contents of ecx: %d\n", ecx);

    asm("movl %%ecx, %0;" : "=r" (value) : ); //Assembly: this stores the ecx value into the variable value
    printf("Contents of value: %d\n", value);

    return 0;
}

这似乎是对这个主题的一个很好的介绍，那里提供的答案给了我很好的洞察力和信息来源（我已经在阅读 GCC 文档），但现在我需要更进一步，我。例如，我需要了解如何更改 CPU 寄存器中单个位的内容（或者至少，首先要了解一些更简单的内容：如何更改 CPU 寄存器的值？）。如果有人能给我提示或告诉我寻找它的最合适的来源，我将不胜感激。

一切顺利并在此先感谢您， 若昂

P.S.：不知道这是否有帮助，但我正在使用 CentOS 6.5 32 位系统（尽管 CPU 是 64 位系统，更准确地说是 Intel Pentium Dual CPU E2180 @ 2.00 GHz）。另外，我以前接触过 Assembly，但就像 10 年前一样，在一个课程单元上呆了几个月，所以目前我正在尝试复习我对这门语言的了解。

Answer 1

在汇编中修改寄存器位子集的常用方法是使用带有常量的逻辑运算。

AND %eax, 0xFFFFFFFE 取消设置第 0 位。

OR %eax, 0x01 设置第 0 位。

XOR %eax, 0x01 翻转第 0 位。

（感谢@harold 的更正）。

话虽如此，正如 cmets 中所述，您可能不想在程序中直接使用内联汇编来模拟硬件故障。它将与您引入修改的地方紧密绑定，并且在源代码和二进制级别混合错误引入不是我推荐的方法（您的编译器可以并且将会重新组织和优化代码，因此很可能它最终会导致意外行为。请参阅 .Balakrishnan 和代表的“你看到的不是你执行的”。

您可以使用二进制检测平台，例如英特尔的 PIN 或现有的故障注入框架。

编辑： 由于 OP 要求在 cmets 中提供内联 asm 的“hello world”示例，因此它是：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
    register int eax asm("%eax");
    asm("xorl %eax, %eax");
    asm("xorl $1, %eax");
    printf("Content of eax: %d\n", eax);
    return 0;
}

另存为 test.c 然后编译：

gcc test.c -o test

或更好：

gcc test.c -S

这将创建 test.s，一个包含程序的汇编输出的文件。该文件将使您了解有关代码的许多内容，并且在使用内联 asm 时应在编译之前生成程序集（至少在您不理解某些内容时）。

然后您可以从程序集中组装二进制文件：

gcc test.s -o test

以下是关于 x86 的一些注意事项：

• 在实际指令中，我将目的寄存器放在指令的末尾。
• 立即数以“$”为前缀，以“%”注册
• 操作扩展寄存器（32位寄存器，以“e”为前缀）的指令以“l”为后缀

Answer 2

基于 Intel 的处理器提供一次操作一位的指令。这些指令最常被忽略并被AND、OR、XOR 和TEST 指令取代，这些指令可以一次操作多个位。此外，较旧的处理器会真的缓慢执行它们。我不知道他们是否仍然很慢，可能没有。

对应的汇编指令为（AT&T语法）

测试一下（CF = 位值）：

BT imm8, reg
BT reg, reg
BT reg, mem

测试和补码（CF = 旧位值；新位值 = ~旧位值）：

BTC imm8, reg
BTC reg, reg
BTC reg, mem

测试和重置（CF = 旧位值；新位值 = 0）

BTR imm8, reg
BTR reg, reg
BTR reg, mem

测试和设置（CF = 旧位值；新位值 = 1）

BTS imm8, reg
BTS reg, reg
BTS reg, mem

当用于内存时，它可以原子地使用（只有一个 CPU 在执行读/修改/写周期时访问该内存。）因此它可以用于创建锁和信号量。