C/Assembly：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员，目前我的最终目标是编写一段简单的代码，能够更改 CPU 寄存器中的单个位。我想用 C 来做（在代码中包含一些程序集调用）。考虑到这一点，我在 Stack Overflow 中找到了这个关于如何访问 32 位 CPU 寄存器内容的好线程和简单示例：Is it possible to access 32-bit registers in C? 通过这种方式，我能够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，即，我需要了解如何才能我更改了 CPU 寄存器中单个位的内容（或者至少，首先，更简单的事情：如何更改 CPU 寄存器值？）。如果有人能给我一个提示或告诉我寻找它的最合适的来源，我将不胜感激。

祝一切顺利，提前致谢，若昂

PS：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）。此外，我之前接触过 Assembly，但就像 10 年前一样，在一个单一的课程单元上学习了几个月，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对常量使用逻辑运算。

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，正如评论中所指出的，您可能不想直接在程序中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想不到的行为。参见。Balakrishnan 和代表的“你所看到的不是你所执行的”）。

您可以使用二进制检测平台，例如 Intel 的 PIN 或现有的故障注入框架。

编辑： 由于 OP 在评论中要求提供内联 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，一个包含程序汇编输出的文件。该文件将让您了解有关代码的许多内容，并且在使用内联 asm 时（至少在您不了解某些内容时）应在编译前生成程序集。

然后，您可以使用以下命令从程序集中组装二进制文件：

gcc test.s -o test

在 x86 上需要注意以下几点：

• 在实际指令中，我将目标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，前缀为“e”）的指令后缀为“l”