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分类: Python/Ruby

2022-02-08 11:03:34

程序本质

回忆上次内容

  • py 的程序是按照顺序

    • 一行行挨排解释执行的
    • 我们可以 python3 -m pdb hello.py 来对程序调试
    • 调试的目的是去除 bug
    • 别害怕 bug
    • bug 会有提示
    • 我们也就知道如何 debug 调试
  • python3 这个解释器到底是怎么执行的呢?????
  • python3 到底是怎么解释 hello.py 的?
  • 我们得先来看看什么是 python3

啥是 Python3

#什么是python3
sudo whatis python3
#如果不能解释
sudo unminimize
# 更新时间比较长,更新结束后再
sudo whatis python3

  • 帮助告诉我们

    • python3 是一种解释性的、可交互的、面向对象的编程语言

python3 在哪?

#python3在哪里?
whereis python3
#可执行的这个东西到底在哪?
which python3

在文件管理器中查看

  • 这个 python3 是一个软链接文件
  • 他指向 python3.8
  • python3 就是 python3.8
  • 他俩存在一个位置
  • 都在 /usr/bin 里面
  • python3.8 就在硬盘里存着

    • 位置就在/usr/bin/python3.8

      • usr 是用户 user
      • bin 是二进制 binary
      • python3.8 是这个文件的名称
  • 在运行命令的时候
  • 把这个文件从硬盘装载到内存
  • 然后用 cpu 开始逐行执行文件内容中的指令

研究 python3

#把python3拷贝到当前用户文件夹~
cp /usr/bin/python3 ~
#确认python3已经到用户文件夹
ls ~/python3
#查看python3文件细节
ls -lah ~/python3

  • python3 指向的 python3.8 只有 5.3M

    • 这个可执行文件怎么这么小?
    • 5.3M 这也就是一张照片的大小
    • 一年前的 Python3.5 只有 4.3M
    • 更小
    • 目前这 5.3M 的 Python3 里面到底有什么呢?????
  • 打开看看!!!????
#运行用户文件夹下的这个刚考过来的python3
~/python3

打开 python3

#用vi打开这个刚拷贝过来的python3
vi ~/python3

  • 左下角 : 进入命令行模式
  • :%!xxd我们可以看到这个文件的二进制形态

    • %是指的对于所有行的范围
    • !是执行外部命令
    • xxd指的是转化为 16 进制形式
  • 这个 xxd 命令 到底什么意思????
  • :q!退回到 shell 来看一下

关于 xxd

  • man xxd

    • 查询 xxd 的帮助手册
  • xxd 可以查看文件的二进制形态
  • :%!xxd –r 可以还原回去 ????
  • 反复横跳

对比

  • 重新 vi ~/python3
  • :%!xxd
  • 一行是(16)10 进制 个字节
  • G 到最后一行
  • 有 343148 行
  • 这就是 真正的机器语言????
  • 存在硬盘上 01010 的二进制可执行指令!!
  • 这些指令其实都能执行!!!
  • 可是这个指令我们看不懂怎么办?????

查看 Python3 汇编指令

#把python3对应的汇编指令输出
objdump -d ~/python3 > ~/python3.asm
#分窗口分别打开打开python3 和 python3.asm
vi -o python3 python3.asm
  • 下图中上半部分是机器代码

    • 执行 :%!xxd 以 16 进制形式显示

  • 下半部分是得到的相应汇编指令

    • 这个过程就是反汇编????

查找对应关系

  • 423000 就是初始的 cpu 开始执行指令的地方
  • endbr64 意味着 64位结束分支
    • 前面可以是数据
  • /4883 找到上下的对应关系
  • 也就是第一条执行的汇编指令
  • 汇编指令是计算机 cpu 指令的助记符
  • 指令的集合就是计算机的架构
  • 架构也叫指令集

架构

  • 不同架构的 cpu 就会有不同的指令集

    • 我们目前的这个是 x86-64
    • 除此之外 arm、MIPS、RISC-V 也是常用的指令集
    • 不同的架构想运行相同的程序就需要移植
    • 如果不移植的话

      • 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

  • 这里会有不同的 section 模块

    • 模块里面是具体的指令
    • 比如 48 83 ec 08 对应 sub $0x8,%rsp

      • 这是一条减法指令
      • 具体语法需要查询指令集(x86-64)对应的汇编文档手册

查看指令集

  • 可以在 shell 用 uname -a 进行查看本机所用的指令集
  • 当前指令集是 x86_64

  • sub 属于计算指令
  • 位于下图第 5 行

Python3 执行过程

Python3 执行的过程大致是这样

  • 把参数 hello.py 导入内存
  • 分析 hello.py 词法结构
  • 把文件分成一个个 单词
  • 通过单词组成表达式
  • 通过表达式组成语句

    • 比如 print("hello")
    • 这就是一个语句
    • 然后编译成 Python 虚拟机指令 的目标文件
  • 使用 Python3 这个二进制程序
  • 对于生成的语法树
  • 进行解释并且执行

换句话说

  • 简化版的 Python3 的执行过程是:

    • 系统执行 python3 这个可执行文件

      • 也就是把硬盘上的文件装在到内存
      • 然后按顺序还行
      • python3 完成后续工作
  • 给了 python3 一个参数 hello.py

    • 使用 python3 这个解释器来解释 hello.py
    • 一句句的依次解释执行
  • 全解释完成后

    • 最终程序执行完成

  • 这些都是基于解释器python3.8的

    • 而解释器是用目标架构的机器语言直接在cpu上运行的

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

跨架构跨平台原理

  • 因为 /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的可执行二进制文件
  • 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
    • 翻译成当前物理架构能够执行的代码
  • 然后进行执行

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 world的过程
  • 为什么我们学编程总是从hello world开始呢?????
  • 我们下次再说!????
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