Question

我正在考虑编写JIT编译器的想法，我只是想知道在理论上是否可以在托管代码中编写整个内容。特别是，一旦你将汇编程序生成为字节数组，你如何跳转到它开始执行？

Answer 1

是的，你可以。事实上，这是我的工作：）

我完全用F＃编写GPU.NET（模块化我们的单元测试） - 它实际上在运行时反汇编和JIT IL，就像.NET CLR一样。我们为您想要使用的任何底层加速设备发出本机代码;目前我们只支持Nvidia GPU，但我设计的系统可以通过最少的工作进行重定向，因此我们很可能在将来支持其他平台。

至于性能，感谢F＃ - 当在优化模式下编译（使用tailcalls）时，我们的JIT编译器本身可能与CLR中的编译器（用C ++，IIRC编写）一样快。 / p>

为了执行，我们的好处是能够将控制权交给硬件驱动程序来运行jitted代码;但是，这不会对CPU造成任何困难，因为.NET支持非托管/本机代码的函数指针（尽管您将失去.NET通常提供的任何安全/安全性）。

Answer 2

对于完整的概念证明，这是一个完全能力将Rasmus的JIT方法转换为F＃

open System
open System.Runtime.InteropServices

type AllocationType =
    | COMMIT=0x1000u

type MemoryProtection =
    | EXECUTE_READWRITE=0x40u

type FreeType =
    | DECOMMIT = 0x4000u

[<DllImport("kernel32.dll", SetLastError=true)>]
extern IntPtr VirtualAlloc(IntPtr lpAddress, UIntPtr dwSize, AllocationType flAllocationType, MemoryProtection flProtect);

[<DllImport("kernel32.dll", SetLastError=true)>]
extern bool VirtualFree(IntPtr lpAddress, UIntPtr dwSize, FreeType freeType);

let JITcode: byte[] = [|0x55uy;0x8Buy;0xECuy;0x8Buy;0x45uy;0x08uy;0xD1uy;0xC8uy;0x5Duy;0xC3uy|]

[<UnmanagedFunctionPointer(CallingConvention.Cdecl)>] 
type Ret1ArgDelegate = delegate of (uint32) -> uint32

[<EntryPointAttribute>]
let main (args: string[]) =
    let executableMemory = VirtualAlloc(IntPtr.Zero, UIntPtr(uint32(JITcode.Length)), AllocationType.COMMIT, MemoryProtection.EXECUTE_READWRITE)
    Marshal.Copy(JITcode, 0, executableMemory, JITcode.Length)
    let jitedFun = Marshal.GetDelegateForFunctionPointer(executableMemory, typeof<Ret1ArgDelegate>) :?> Ret1ArgDelegate
    let mutable test = 0xFFFFFFFCu
    printfn "Value before: %X" test
    test <- jitedFun.Invoke test
    printfn "Value after: %X" test
    VirtualFree(executableMemory, UIntPtr.Zero, FreeType.DECOMMIT) |> ignore
    0

愉快地执行屈服

Value before: FFFFFFFC
Value after: 7FFFFFFE

Answer 3

诀窍应该是VirtualAlloc EXECUTE_READWRITE - 标志（需要P / Invoke）和Marshal.GetDelegateForFunctionPointer。

以下是旋转整数示例的修改版本（请注意，此处不需要不安全的代码）：

[UnmanagedFunctionPointer(CallingConvention.Cdecl)]
public delegate uint Ret1ArgDelegate(uint arg1);

public static void Main(string[] args){
    // Bitwise rotate input and return it.
    // The rest is just to handle CDECL calling convention.
    byte[] asmBytes = new byte[]
    {        
      0x55,             // push ebp
      0x8B, 0xEC,       // mov ebp, esp 
      0x8B, 0x45, 0x08, // mov eax, [ebp+8]
      0xD1, 0xC8,       // ror eax, 1
      0x5D,             // pop ebp 
      0xC3              // ret
    };

    // Allocate memory with EXECUTE_READWRITE permissions
    IntPtr executableMemory = 
        VirtualAlloc(
            IntPtr.Zero, 
            (UIntPtr) asmBytes.Length,    
            AllocationType.COMMIT,
            MemoryProtection.EXECUTE_READWRITE
        );

    // Copy the machine code into the allocated memory
    Marshal.Copy(asmBytes, 0, executableMemory, asmBytes.Length);

    // Create a delegate to the machine code.
    Ret1ArgDelegate del = 
        (Ret1ArgDelegate) Marshal.GetDelegateForFunctionPointer(
            executableMemory, 
            typeof(Ret1ArgDelegate)
        );

    // Call it
    uint n = (uint)0xFFFFFFFC;
    n = del(n);
    Console.WriteLine("{0:x}", n);

    // Free the memory
    VirtualFree(executableMemory, UIntPtr.Zero, FreeType.DECOMMIT);
 }

Full example（现在适用于X86和X64）。

Answer 4

使用不安全的代码，您可以“破解”委托并使其指向您生成并存储在数组中的任意汇编代码。这个想法是委托有一个_methodPtr字段，可以使用Reflection设置。以下是一些示例代码：

Inline x86 ASM in C#

当然，这是一个脏的黑客攻击，可能会在.NET运行时更改时随时停止工作。

我想原则上，完全托管的安全代码不能被允许实现JIT，因为这会破坏运行时所依赖的任何安全性假设。（除非，生成的汇编代码带有机器可检查证明它不违反假设......）

是否可以完全以托管.NET语言编写JIT编译器（本机代码）

4 个答案: