汇编学习
一、汇编语言是什么？
我们知道，CPU 只负责计算，本身不具备智能。你输入一条指令（instruction），它就运行一次，然后停下来，等待下一条指令。
这些指令都是二进制的，称为操作码（opcode），比如加法指令就是00000011。编译器的作用，就是将高级语言写好的程序，翻译成一条条操作码。
对于人类来说，二进制程序是不可读的，根本看不出来机器干了什么。为了解决可读性的问题，以及偶尔的编辑需求，就诞生了汇编语言。
汇编语言是二进制指令的文本形式，与指令是一一对应的关系。比如，加法指令00000011写成汇编语言就是 ADD。只要还原成二进制，汇编语言就可以被 CPU 直接执行，所以它是最底层的低级语言。
二、来历
最早的时候，编写程序就是手写二进制指令，然后通过各种开关输入计算机，比如要做加法了，就按一下加法开关。后来，发明了纸带打孔机，通过在纸带上打孔，将二进制指令自动输入计算机。
为了解决二进制指令的可读性问题，工程师将那些指令写成了八进制。二进制转八进制是轻而易举的，但是八进制的可读性也不行。很自然地，最后还是用文字表达，加法指令写成 ADD。内存地址也不再直接引用，而是用标签表示。
这样的话，就多出一个步骤，要把这些文字指令翻译成二进制，这个步骤就称为 assembling，完成这个步骤的程序就叫做 assembler。它处理的文本，自然就叫做 aseembly code。标准化以后，称为 assembly language，缩写为 asm，中文译为汇编语言。每一种 CPU 的机器指令都是不一样的，因此对应的汇编语言也不一样。目前最常见的 x86 汇编语言，即 Intel 公司的 CPU 使用的那一种。
三、寄存器
学习汇编语言，首先必须了解两个知识点：寄存器和内存模型。
先来看寄存器。CPU 本身只负责运算，不负责储存数据。数据一般都储存在内存之中，CPU 要用的时候就去内存读写数据。但是，CPU 的运算速度远高于内存的读写速度，为了避免被拖慢，CPU 都自带一级缓存和二级缓存。基本上，CPU 缓存可以看作是读写速度较快的内存。
但是，CPU 缓存还是不够快，另外数据在缓存里面的地址是不固定的，CPU 每次读写都要寻址也会拖慢速度。因此，除了缓存之外，CPU 还自带了寄存器（register），用来储存最常用的数据。也就是说，那些最频繁读写的数据（比如循环变量），都会放在寄存器里面，CPU 优先读写寄存器，再由寄存器跟内存交换数据。
寄存器不依靠地址区分数据，而依靠名称。每一个寄存器都有自己的名称，我们告诉 CPU 去具体的哪一个寄存器拿数据，这样的速度是最快的。有人比喻寄存器是 CPU 的零级缓存。
四、寄存器的种类
早期的 x86 CPU 只有8个寄存器，而且每个都有不同的用途。现在的寄存器已经有100多个了，都变成通用寄存器，不特别指定用途了，但是早期寄存器的名字都被保存了下来。一般寄存器:AX、BX、CX、DX，索引暂存器:SI、DI，堆叠、基底暂存器:SP、BP。EAX、ECX、EDX、EBX：为ax,bx,cx,dx的延伸，各为32位元
ESI、EDI、ESP、EBP：为si,di,sp,bp的延伸，32位元。eax, ebx, ecx, edx, esi, edi, ebp, esp等都是X86 汇编语言中CPU上的通用寄存器的名称，是32位的寄存器。如果用C语言来解释，可以把这些寄存器当作变量看待。
这些32位寄存器有多种用途，但每一个都有“专长”，有各自的特别之处。
EAX 是”累加器”(accumulator), 它是很多加法乘法指令的缺省寄存器。
EBX 是”基地址”(base)寄存器, 在内存寻址时存放基地址。
ECX 是计数器(counter), 是重复(REP)前缀指令和LOOP指令的内定计数器。
EDX 则总是被用来放整数除法产生的余数。
ESI/EDI分别叫做”源/目标索引寄存器”(source/destination index),因为在很多字符串操作指令中, DS:ESI指向源串,而ES:EDI指向目标串.
push ebp ;保存当前ebp
mov ebp,esp ;EBP设为当前堆栈指针
sub esp, xxx ;预留xxx字节给函数临时变量.
…
这样一来,EBP 构成了该函数的一个框架, 在EBP上方分别是原来的EBP, 返回地址和参数. EBP下方则是临时变量. 函数返回时作 mov esp,ebp/pop ebp/ret 即可.
ESP 专门用作堆栈指针，被形象地称为栈顶指针，堆栈的顶部是地址小的区域，压入堆栈的数据越多，ESP也就越来越小。在32位平台上，ESP每次减少4字节。
我们常常看到 32位 CPU、64位 CPU 这样的名称，其实指的就是寄存器的大小。32 位 CPU 的寄存器大小就是4个字节。
五、内存模型：Heap
寄存器只能存放很少量的数据，大多数时候，CPU 要指挥寄存器，直接跟内存交换数据。所以，除了寄存器，还必须了解内存怎么储存数据。
程序运行的时候，操作系统会给它分配一段内存，用来储存程序和运行产生的数据。这段内存有起始地址和结束地址，比如从0x1000到0x8000，起始地址是较小的那个地址，结束地址是较大的那个地址。
程序运行过程中，对于动态的内存占用请求（比如新建对象，或者使用malloc命令），系统就会从预先分配好的那段内存之中，划出一部分给用户，具体规则是从起始地址开始划分（实际上，起始地址会有一段静态数据，这里忽略）。举例来说，用户要求得到10个字节内存，那么从起始地址0x1000开始给他分配，一直分配到地址0x100A，如果再要求得到22个字节，那么就分配到0x1020。
这种因为用户主动请求而划分出来的内存区域，叫做 Heap（堆）。它由起始地址开始，从低位（地址）向高位（地址）增长。Heap 的一个重要特点就是不会自动消失，必须手动释放，或者由垃圾回收机制来回收。
六、内存模型：Stack
除了 Heap 以外，其他的内存占用叫做 Stack（栈）。简单说，Stack 是由于函数运行而临时占用的内存区域。
请看下面的例子。
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4int main() {
int a = 2;
int b = 3;
}
上面代码中，系统开始执行main函数时，会为它在内存里面建立一个帧（frame），所有main的内部变量（比如a和b）都保存在这个帧里面。main函数执行结束后，该帧就会被回收，释放所有的内部变量，不再占用空间。
如果函数内部调用了其他函数，会发生什么情况？
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5int main() {
int a = 2;
int b = 3;
return add_a_and_b(a, b);
}
上面代码中，main函数内部调用了add_a_and_b函数。执行到这一行的时候，系统也会为add_a_and_b新建一个帧，用来储存它的内部变量。也就是说，此时同时存在两个帧：main和add_a_and_b。一般来说，调用栈有多少层，就有多少帧。
等到add_a_and_b运行结束，它的帧就会被回收，系统会回到函数main刚才中断执行的地方，继续往下执行。通过这种机制，就实现了函数的层层调用，并且每一层都能使用自己的本地变量。
所有的帧都存放在 Stack，由于帧是一层层叠加的，所以 Stack 叫做栈。生成新的帧，叫做”入栈”，英文是 push；栈的回收叫做”出栈”，英文是 pop。Stack 的特点就是，最晚入栈的帧最早出栈（因为最内层的函数调用，最先结束运行），这就叫做”后进先出”的数据结构。每一次函数执行结束，就自动释放一个帧，所有函数执行结束，整个 Stack 就都释放了。
Stack 是由内存区域的结束地址开始，从高位（地址）向低位（地址）分配。比如，内存区域的结束地址是0x8000，第一帧假定是16字节，那么下一次分配的地址就会从0x7FF0开始；第二帧假定需要64字节，那么地址就会移动到0x7FB0。
七、CPU 指令
7.1 一个实例
了解寄存器和内存模型以后，就可以来看汇编语言到底是什么了。下面是一个简单的程序example.c。
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7int add_a_and_b(int a, int b) {
return a + b;
}
int main() {
return add_a_and_b(2, 3);
}
gcc 将这个程序转成汇编语言。
$ gcc -S example.c
上面的命令执行以后，会生成一个文本文件example.s，里面就是汇编语言，包含了几十行指令。这么说吧，一个高级语言的简单操作，底层可能由几个，甚至几十个 CPU 指令构成。CPU 依次执行这些指令，完成这一步操作。
example.s经过简化以后，大概是下面的样子。
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14_add_a_and_b:
push %ebx //esp-4
mov %eax, [%esp+8] // 取2
mov %ebx, [%esp+12] // 取3
add %eax, %ebx //a+b值存在eax中
pop %ebx //ebx弹出栈，esp+4
ret //退出程序执行
_main:
push 3 //压栈，整型占4字节，esp栈顶指针-4
push 2 //压栈，esp-4
call _add_a_and_b //调用add函数
add %esp, 8 //esp+8 保存在esp中
ret //退出程序执行
可以看到，原程序的两个函数add_a_and_b和main，对应两个标签_add_a_and_b和_main。每个标签里面是该函数所转成的 CPU 运行流程。
每一行就是 CPU 执行的一次操作。它又分成两部分，就以其中一行为例。
push %ebx
这一行里面，push是 CPU 指令，%ebx是该指令要用到的运算子。一个 CPU 指令可以有零个到多个运算子。
下面我就一行一行讲解这个汇编程序，建议读者最好把这个程序，在另一个窗口拷贝一份，省得阅读的时候再把页面滚动上来。
7.2 push 指令
根据约定，程序从_main标签开始执行，这时会在 Stack 上为main建立一个帧，并将 Stack 所指向的地址，写入 ESP 寄存器。后面如果有数据要写入main这个帧，就会写在 ESP 寄存器所保存的地址。
然后，开始执行第一行代码。
push 3
push指令用于将运算子放入 Stack，这里就是将3写入main这个帧。
虽然看上去很简单，push指令其实有一个前置操作。它会先取出 ESP 寄存器里面的地址，将其减去4个字节，然后将新地址写入 ESP 寄存器。使用减法是因为 Stack 从高位向低位发展，4个字节则是因为3的类型是int，占用4个字节。得到新地址以后， 3 就会写入这个地址开始的四个字节。
push 2
第二行也是一样，push指令将2写入main这个帧，位置紧贴着前面写入的3。这时，ESP 寄存器会再减去 4个字节（累计减去8）。
7.3 call 指令
第三行的call指令用来调用函数。
call _add_a_and_b
上面的代码表示调用add_a_and_b函数。这时，程序就会去找_add_a_and_b标签，并为该函数建立一个新的帧。
下面就开始执行_add_a_and_b的代码。
push %ebx
这一行表示将 EBX 寄存器里面的值，写入_add_a_and_b这个帧。这是因为后面要用到这个寄存器，就先把里面的值取出来，用完后再写回去。
这时，push指令会再将 ESP 寄存器里面的地址减去4个字节（累计减去12）。
7.4 mov 指令
mov指令用于将一个值写入某个寄存器。
mov %eax, [%esp+8]
这一行代码表示，先将 ESP 寄存器里面的地址加上8个字节，得到一个新的地址，然后按照这个地址在 Stack 取出数据。根据前面的步骤，可以推算出这里取出的是2，再将2写入 EAX 寄存器。
下一行代码也是干同样的事情。
mov %ebx, [%esp+12]
上面的代码将 ESP 寄存器的值加12个字节，再按照这个地址在 Stack 取出数据，这次取出的是3，将其写入 EBX 寄存器。
7.5 add 指令
add指令用于将两个运算子相加，并将结果写入第一个运算子。
add %eax, %ebx
上面的代码将 EAX 寄存器的值（即2）加上 EBX 寄存器的值（即3），得到结果5，再将这个结果写入第一个运算子 EAX 寄存器。
7.6 pop 指令
pop指令用于取出 Stack 最近一个写入的值（即最低位地址的值），并将这个值写入运算子指定的位置。
pop %ebx
上面的代码表示，取出 Stack 最近写入的值（即 EBX 寄存器的原始值），再将这个值写回 EBX 寄存器（因为加法已经做完了，EBX 寄存器用不到了）。
注意，pop指令还会将 ESP 寄存器里面的地址加4，即回收4个字节。
7.7 ret 指令
ret指令用于终止当前函数的执行，将运行权交还给上层函数。也就是，当前函数的帧将被回收。
ret
可以看到，该指令没有运算子。
随着add_a_and_b函数终止执行，系统就回到刚才main函数中断的地方，继续往下执行。
add %esp, 8
上面的代码表示，将 ESP 寄存器里面的地址，手动加上8个字节，再写回 ESP 寄存器。这是因为 ESP 寄存器的是 Stack 的写入开始地址，前面的pop操作已经回收了4个字节，这里再回收8个字节，等于全部回收。
ret
最后，main函数运行结束，ret指令退出程序执行。
指令
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字节：记为byte，一个字节由8个bit组成。
字：记为word，一个字由两个字节组成，这两个字节分别成为这个字的高位字节和低位字节。
1.基础知识
1.1 机器语言
机器语言是0101，汇编语言是机器语言的助记符，每种cpu都有自己的汇编指令集。
1.2 单位
1Byte(B) = 8 bit, 1 Word = 2 Byte, 1KB = 1024 B, 1 MB = 1024 KB, 1 GB = 1024 MB, 1 TB = 1024GB
DW 是定义2字节空间的意思。DW属于汇编的一个伪指令，DW定义字类型变量，一个字数据占2个字节单元，读完一个，偏移量加2。
DB定义字节类型变量，一个字节数据占1个字节单元，读完一个，偏移量加1。
DD定义双字类型变量，一个双字数据占4个字节单元，读完一个，偏移量加4。
基本数据度量单位:
1 BYTE(字节)= 8 BIT(比特)
WORD=2BYTE=16BIT
DWORD= 4 BYTE = 32 BIT
QWORD= 8BYTE = 64 BIT
数据存储度量单位:
1KB= 1024 BYTE = 8192 BIT
1MB = 1024KB
1GB = 1024MB
1TB = 1024GB
取值范围:
BYTE=有符号:-128至127|无符号:0至255
WORD =有符号: -32768 至32767 |无符号: 0至65535
DWORD =有符号: -2,147 ,483,648至2, 147 ,483,647|无符号: 0至4,294,967 ,295
QWORD=有符号: -9,223,372,036,854,775,808 至9,223,372,036,854,775 807
1.3 CPU 对存储器的读写
1.地址总线 2.数据总线 3.控制总线 4.I/O总线
地址总线的宽度决定了cpu的寻址能力，数据总线的宽度决定了cpu与其他器件进行数据传输时的一次数据传输量；控制总线的宽度决定了cpu对系统中其他器件的控制能力。
1.4 各存储器芯片
存储器都与cpu的主线相连，cpu对他们进行读或写的时候通过控制线发出读写命令。
- 随机存储器
用于存放供CPU使用的绝大部分程序和数据，主随机存储器一般由两个位置上的RAM组成，装在主板上的RAM和插在扩展插槽上的RAM。
- 装有BIOS(Basic Input/Output System，基本输入/输出系统)的ROM
BIOS是由主板和各类接口卡(如显卡、网卡等)厂商提供的软件系统，可以通过它利用该硬件设备进行最基本的输入输出。在主板和某些接口卡上插有存储相应BIOS的ROM。例如，主板上的ROM中存储着主板的BIOS(通常称为系统BIOS);显卡上的ROM中存储着显卡的BIOS;如果网卡上装有ROM，那其中就可以存储网卡的BIOS。
- 接口卡上的RAM
某些接口卡需要对大批量输入、输出数据进行暂时存储，在其上装有RAM。最典型的是显示卡上的RAM，一般称为显存。显示卡随时将显存中的数据向显示器上输出。换句话说，我们将需要显示的内容写入显存，就会出现在显示器上。
2.寄存器
x86/x64架构的CPU中的寄存器
2.1 什么是寄存器？
寄存器是CPU内部用来存放数据的一些小型存储区域，用来暂时存放参与运算的数据和运算结果以及一些CPU运行需要的信息。
x86架构CPU走的是复杂指令集（CISC） 路线，提供了丰富的指令来实现强大的功能，与此同时也提供了大量寄存器来辅助功能实现。
2.2通用寄存器
首先是通用寄存器，这些的寄存器是程序执行代码最最常用，也最最基础的寄存器，程序执行过程中，绝大部分时间都是在操作这些寄存器来实现指令功能。
所谓通用，即这些寄存器CPU没有特殊的用途，交给应用程序“随意”使用。注意，这个随意，我打了引号，对于有些寄存器，CPU有一些潜规则，用的时候要注意。
- eax: 通常用来执行加法，函数调用的返回值一般也放在这里面
- ebx: 数据存取
- ecx: 通常用来作为计数器，比如for循环
- edx: 读写I/O端口时，edx用来存放端口号
- esp: 栈顶指针，指向栈的顶部
- ebp: 栈底指针，指向栈的底部，通常用
ebp+偏移量的形式来定位函数存放在栈中的局部变量 - esi: 字符串操作时，用于存放数据源的地址
- edi: 字符串操作时，用于存放目的地址的，和esi两个经常搭配一起使用，执行字符串的复制等操作
在x64架构中，上面的通用寄存器都扩展成为64位版本，名字也进行了升级。当然，为了兼容32位模式程序，使用上面的名字仍然是可以访问的，相当于访问64位寄存器的低32位。
rax rbx rcx rdx rsp rbp rsi rdi
除了扩展原来存在的通用寄存器，x64架构还引入了8个新的通用寄存器：
r8-r15
在原来32位时代，函数调用时，那个时候通用寄存器少，参数绝大多数时候是通过线程的栈来进行传递（当然也有使用寄存器传递的，比如著名的C++ this指针使用ecx寄存器传递，不过能用的寄存器毕竟不多）。
进入x64时代，寄存器资源富裕了，参数传递绝大多数都是用寄存器来传了。寄存器传参的好处是速度快，减少了对内存的读写次数。
当然，具体使用栈还是用寄存器传参数，这个不是编程语言决定的，而是编译器在编译生成CPU指令时决定的，如果编译器非要在x64架构CPU上使用线程栈来传参那也不是不行，这个对高级语言是无感知的。
2.2标志寄存器
标志寄存器，里面有众多标记位，记录了CPU执行指令过程中的一系列状态，这些标志大都由CPU自动设置和修改：
- CF 进位标志（1进0不进）
- PF 奇偶标志（1的个数为偶数是1，否则为0）
- ZF 零标志（0为1）
- SF 符号标志（有符号数，负数为1）
- OF 补码溢出标志（1溢出，0不溢出）
- TF 跟踪标志（1为单步状态，0为正常状态）
- IF 中断标志（允许处理可屏蔽中断为1）
- ······
在x64架构下，原来的eflags寄存器升级为64位的rflags，不过其高32位并没有新增什么功能，保留为将来使用。
2.3 指令寄存器
eip: 指令寄存器可以说是CPU中最最重要的寄存器了，它指向了下一条要执行的指令所存放的地址，CPU的工作其实就是不断取出它指向的指令，然后执行这条指令，同时指令寄存器继续指向下面一条指令，如此不断重复，这就是CPU工作的基本日常。
而在漏洞攻击中，黑客想尽办法费尽心机都想要修改指令寄存器的地址，从而能够执行恶意代码。
同样的，在x64架构下，32位的eip升级为64位的rip寄存器。
2.4 段寄存器
段寄存器与CPU的内存寻址技术紧密相关。
早在16位的8086CPU时代，内存资源宝贵，CPU使用分段式内存寻址技术：
16位的寄存器能寻址的范围是64KB，通过引入段的概念，将内存空间划分为不同的区域：分段，通过段基址+段内偏移段方式来寻址。
这样一来，段的基地址保存在哪里呢？8086CPU专门设置了几个段寄存器用来保存段的基地址，这就是段寄存器段的由来。
段寄存器也是16位的。
段寄存器有下面6个，前面4个是早期16位模式就引入了，到了32位时代，又新增了fs和gs两个段寄存器。
- cs: 代码段
- ds: 数据段
- ss: 栈段
- es: 扩展段
- fs: 数据段
- gs: 数据段
段寄存器里面存储的内容与CPU当前工作的内存寻址模式紧密相关。
当CPU处于16位实地址模式下时，段寄存器存储段的基地址，寻址时，将段寄存器内容左移4位（乘以16）得到段基地址+段内偏移得到最终的地址。
当CPU工作于保护模式下，段寄存器存储的内容不再是段基址了，此时的段寄存器中存放的是段选择子，用来指示当前这个段寄存器“指向”的是哪个分段。
注意我这里的指向打了引号，段寄存器中存储的并不是内存段的直接地址，而是段选择子，它的结构如下：
16个bit长度的段寄存器内容划分了三个字段：
- PRL: 特权请求级，就是我们常说的ring0-ring3四个特权级。
- TI: 0表示用的是全局描述符表GDT，1表示使用的是局部描述符表LDT。
- Index: 这是一个表格中表项的索引值，这个表格叫内存描述符表，它的每一个表项都描述了一个内存分段。
这里提到了两个表，全局描述符表GDT和局部描述符表LDT，关于这两个表的介绍，下面介绍描述符寄存器时再详述，这里只需要知道，这是CPU支持分段式内存管理需要的表格，放在内存中，表格中的每一项都是一个描述符，记录了一个内存分段的信息。
保护模式下的段寄存器和段描述符到最后的内存分段，通过下图的方式联系在一起：
通用寄存器、段寄存器、标志寄存器、指令寄存器，这四组寄存器共同构成了一个基本的指令执行环境，一个线程的上下文也基本上就是这些寄存器，在执行线程切换的时候，就是修改它们的内容。
控制寄存器
控制寄存器是CPU中一组相当重要的寄存器，我们知道eflags寄存器记录了当前运行线程的一系列关键信息。
那CPU运行过程中自身的一些关键信息保存在哪里呢？答案是控制寄存器！
32位CPU总共有cr0-cr4共5个控制寄存器，64位增加了cr8。他们各自有不同的功能，但都存储了CPU工作时的重要信息：
- cr0: 存储了CPU控制标记和工作状态
- cr1: 保留未使用
- cr2: 页错误出现时保存导致出错的地址
- cr3: 存储了当前进程的虚拟地址空间的重要信息——页目录地址
- cr4: 也存储了CPU工作相关以及当前人任务的一些信息
- cr8: 64位新增扩展使用
其中，CR0尤其重要，它包含了太多重要的CPU信息，值得单独关注一下：
一些重要的标记位含义如下：
PG: 是否启用内存分页
AM: 是否启用内存对齐自动检查
WP: 是否开启内存写保护，若开启，对只读页面尝试写入时将触发异常，这一机制常常被用来实现写时复制功能
PE: 是否开启保护模式
除了CR0，另一个值得关注的寄存器是CR3，它保存了当前进程所使用的虚拟地址空间的页目录地址，可以说是整个虚拟地址翻译中的顶级指挥棒，在进程空间切换的时候，CR3也将同步切换。
调试寄存器
在x86/x64CPU内部，还有一组用于支持软件调试的寄存器。
调试，对于我们程序员是家常便饭，必备技能。但你想过你的程序能够被调试背后的原理吗？
程序能够被调试，关键在于能够被中断执行和恢复执行，被中断的地方就是我们设置的断点。那程序是如何能在遇到断点的时候停下来呢？
对于一些解释执行（PHP、Python、JavaScript）或虚拟机执行（Java）的高级语言，这很容易办到，因为它们的执行都在解释器/虚拟机的掌控之中。
而对于像C、C++这样的“底层”编程语言，程序代码是直接编译成CPU的机器指令来执行的，这就需要CPU来提供对于调试的支持了。
对于通常的断点，也就是程序执行到某个位置下就停下来，这种断点实现的方式，在x86/x64上，是利用了一条软中断指令：int 3来进行实现的。
注意，这里的int不是指高级语言里面的整数，而是表示interrupt中断的意思，是一条汇编指令，int 3则表示中断向量号为3的中断。
在我们使用调试器下断点时，调试器将会把对应位置的原来的指令替换为一个int 3指令，机器码为0xCC。这个动作对我们是透明的，我们在调试器中看到的依然是原来的指令，但实际上内存中已经不是原来的指令了。
顺便提一句，两个0xCC是汉字【烫】的编码，在一些编译器里，会给线程的栈中填充大量的0xCC，如果程序出错的时候，我们经常会看到很多烫烫烫出现，就是这个原因。
言归正传，CPU在执行这条int 3指令时，将自动触发中断处理流程（虽然这实际上不是一个真正的中断），CPU将取出IDTR寄存器指向的中断描述符表IDT的第3项，执行里面的中断处理函数。
而这个中断描述符表，早在操作系统启动之初，就已经提前安排好了，所以执行这条指令后，操作系统的中断处理函数将介入，来处理这一事件。
后面的过程就多了，简单来说，操作系统会把触发这一事件的进程冻结起来，随后将这一事件发送到调试器，调试器拿到之后就知道目标进程触发断点了。这个时候，咱们程序员就能通过调试器的UI交互界面或者命令行调试接口来调试目标进程，查看堆栈、查看内存、变量都随你。
如果我们要继续运行，调试器将会把之前修改的int 3指令给恢复回去，然后告知操作系统：我处理完了，把目标进程解冻吧！
上面简单描述了一下普通断点的实现原理。现在思考一个场景：我们发现一个bug，某个全局整数型变量的值老是莫名其妙被修改，但你发现有很多线程，很多函数都有可能会去修改这个变量，你想找出到底谁干的，怎么办？
这个时候上面的普通断点就没办法了，你需要一种新的断点：硬件断点。
这时候就该调试寄存器登场表演了。
在x86架构CPU内部，提供了8个调试寄存器DR0~DR7。
DR0~DR3：这是四个用于存储地址的寄存器
DR4~DR5：这两个有点特殊，受前面提到的CR4寄存器中的标志位DE位控制，如果CR4的DE位是1，则DR4、DR5是不可访问的，访问将触发异常。如果CR4的DE位是0，则DR4和DR5将会变成DR6和DR7的别名，相当于做了一个软链接。这样做是为了将DR4、DR5保留，以便将来扩展调试功能时使用。
DR6：这个寄存器中存储了硬件断点触发后的一些状态信息
DR7：调试控制寄存器，这里面记录了对DR0-DR3这四个寄存器中存储地址的中断方式（是对地址的读，还是写，还是执行）、数据长度（1/2/4个字节）以及作用范围等信息
通过调试器的接口设置硬件断点后，CPU在执行代码的过程中，如果满足条件，将自动中断下来。
回答前面提出的问题，想要找出是谁偷偷修改了全局整形变量，只需要通过调试器设置一个硬件写入断点即可。
描述符寄存器
所谓描述符，其实就是一个数据结构，用来记录一些信息，‘描述’一个东西。把很多个描述符排列在一起，组成一个表，就成了描述符表。再使用一个寄存器来指向这个表，这个寄存器就是描述符寄存器。
在x86/x64系列CPU中，有三个非常重要的描述符寄存器，它们分别存储了三个地址，指向了三个非常重要的描述符表。
gdtr: 全局描述符表寄存器，前面提到，CPU现在使用的是段+分页结合的内存管理方式，那系统总共有那些分段呢？这就存储在一个叫全局描述符表（GDT）的表格中，并用gdtr寄存器指向这个表。这个表中的每一项都描述了一个内存段的信息。
ldtr: 局部描述符表寄存器，这个寄存器和上面的gdtr一样，同样指向的是一个段描述符表（LDT）。不同的是，GDT是全局唯一，LDT是局部使用的，可以创建多个，随着任务段切换而切换（下文介绍任务寄存器会提到）。
GDT和LDT中的表项，就是段描述符，描述了一个内存分段的信息，其结构如下：
一个表项占据8个字节（32位CPU），里面存储了一个内存分段的诸多信息：基地址、大小、权限、类型等信息。
除了这两个段描述符寄存器，还有一个非常重要的描述符寄存器：
idtr: 中断描述符表寄存器，指向了中断描述符表IDT，这个表的每一项都是一个中断处理描述符，当CPU执行过程中发生了硬中断、异常、软中断时，将自动从这个表中定位对应的表项，里面记录了发生中断、异常时该去哪里执行处理函数。
IDT中的表项称为Gate，中文意思为门，因为这是应用程序进入内核的主要入口。虽然表的名字叫中断描述符表，但表中存储的不全是中断描述符，IDT中的表项存在三种类型，对应三种类型的门：
- 任务门
- 陷阱门
- 中断门
三种描述符中都存储了处理这个中断/异常/任务时该去哪里处理的地址。三种门用途不一，其中中断门是真正意义上的中断，而像前面提到的调试指令int 3以及老式的系统调用指令int 2e/int 80都属于陷阱门。任务门则用的较少，要了解任务门，先了解下任务寄存器。
任务寄存器
现代操作系统，都是支持多任务并发运行的，x86架构CPU为了顺应时代潮流，在硬件层面上提供了专门的机制用来支持多任务的切换，这体现在两个方面：
- CPU内部设置了一个专用的寄存器——任务寄存器TR，它指向当前运行的任务。
定义了描述任务的数据结构TSS，里面存储了一个任务的上下文（一系列寄存器的值），下图是一个32位CPU的TSS结构图：
x86CPU的构想是每一个任务对应一个TSS，然后由TR寄存器指向当前的任务，执行任务切换时，修改TR寄存器的指向即可，这是硬件层面的多任务切换机制。
这个构想其实还是很不错的，然而现实却打了脸，包括Linux和Windows在内的主流操作系统都没有使用这个机制来进行线程切换，而是自己使用软件来实现多线程切换。
所以，绝大多数情况下，TR寄存器都是指向固定的，即便线程切换了，TR寄存器仍然不会变化。
注意，我这里说的的是绝大多数情况，而没有说死。虽然操作系统不依靠TSS来实现多任务切换，但这并不意味着CPU提供的TSS操作系统一点也没有使用。还是存在一些特殊情况，如一些异常处理会使用到TSS来执行处理。
下面这张图，展示了控制寄存器、描述符寄存器、任务寄存器构成的全貌：
模型特定寄存器
从80486之后的x86架构CPU，内部增加了一组新的寄存器，统称为MSR寄存器，中文直译是模型特定寄存器，意思是这些寄存器不像上面列出的寄存器是固定的，这些寄存器可能随着不同的版本有所变化。这些寄存器主要用来支持一些新的功能。
随着x86CPU不断更新换代，MSR寄存器变的越来越多，但与此同时，有一部分MSR寄存器随着版本迭代，慢慢固化下来，成为了变化中那部分不变的，这部分MSR寄存器，Intel将其称为Architected MSR，这部分MSR寄存器，在命名上，统一加上了IA32的前缀。
这里选取三个代表性的MSR简单介绍一下：
- IA32_SYSENTER_CS
- IA32_SYSENTER_ESP
- IA32_SYSENTER_EIP
这三个MSR寄存器是用来实现快速系统调用。
在早期的x86架构CPU上，系统调用依赖于软中断实现，类似于前面调试用到的int 3指令，在Windows上，系统调用用到的是int 2e，在Linux上，用的是int 80。
软中断毕竟还是比较慢的，因为执行软中断就需要内存查表，通过IDTR定位到IDT，再取出函数进行执行。
系统调用是一个频繁触发的动作，如此这般势必对性能有所影响。在进入奔腾时代后，就加上了上面的三个MSR寄存器，分别存储了执行系统调用后，内核系统调用入口函数所需要的段寄存器、堆栈栈顶、函数地址，不再需要内存查表。快速系统调用还提供了专门的CPU指令sysenter/sysexit用来发起系统调用和退出系统调用。
在64位上，这一对指令升级为syscall/sysret。
总结
以上就是全部要介绍的寄存器了，需要说明一下的是，这并不是x86CPU全部所有的寄存器，除了这些，还存在XMM、MMX、FPU浮点数运算等其他寄存器。
汇编指令
官方文档：Intel x86 Opcode Table and Reference (shell-storm.org)
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