reveal-md

# R3.05
# Programmation système

2024

Pomme Pompeani

CC-BY-SA-NC

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## Programmation bas-niveau

- Architecture d'un ordinateur
- Assembleur
- Appel de fonction en C

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## Architecture d'un ordinateur

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Note:
- Processeur
- Mémoire adressable
- Disque
- Bus
- Von Neumann
    - même si lui n'a fait que quelques améliorations
    - pro guerre, bombe atomique
- Code et data au même endroit

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### Processeur

- Mémoire très limitée : Registres
- RAM pour le reste
- Opérations uniquement sur des registres

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### Registres

- sur x86-64 / amd64
    - Beaucoup d'instructions possibles
    - 16 registres généraux

- sur aarch64 / arm64
    - Peu d'instructions possibles
    - 31 registres généraux

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### Exécution simplifiée

- À chaque pas, le processeur :
    - Récupère l'instruction courante
    - La décode
    - L'exécute

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### Exemple interactif

<https://cpuvisualsimulator.github.io>

Note:
- Instruction counter

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## Assembleur

Instructions

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Maths :

- `INC`/`DEC` : in·dé·crémenter un registre
- `ADD`/`SUB` : add/soustraire un registre à un autre
- `NEG` : changer le signe d'un registre
- `MUL`/`IMUL`,`DIV`/`IDIV`
- ...

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Booléens :

- `AND`
- `NOT`
- `OR`
- `XOR`
- `TEST`

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Sauts :

- `SYSCALL` : Appel système
- `JMP` : Sauter à une autre instruction dans le programme
- `J*` : Instructions de saut conditionnel

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Mémoire :

- `MOV` :
    - Copier une case mémoire dans un registre
    - Copier un registre dans une case mémoire
    - Copier un registre dans un autre registre
- `LEA` : Load effective address
    - Copie le résultat d'un calcul dans un registre
    - `tab[i]` 
    - → `*(tab+i)` 
    - → `lea [%rax + %rbx * 4]`

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Un hello world en assembleur :
```asm
section .data
    msg db 'Hello, World!',0

section .text
    global _start

_start:
    ; Write the message to stdout
    mov eax, 4           ; syscall number for sys_write
    mov ebx, 1           ; file descriptor 1 is stdout
    mov ecx, msg         ; pointer to message
    mov edx, 13          ; message length
    int 0x80             ; call kernel

; Exit the program
    mov eax, 1           ; syscall number for sys_exit
    xor ebx, ebx         ; exit code 0
    int 0x80             ; call kernel
```

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## Assembleur 👈👉 C

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- Points communs :
    - Pointeurs
    - Opérations de base (copie, addition, etc.)

- Différences :
    - Types
    - Fonctions
    - Boucles
    - Noms
    - Registres

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Pointeurs :
```asm
    MY_TAB times 10 dd 0 ; Alloc 10 x 4 bytes init to 0
    mov ebx, [MY_TAB]    ; Address of MY_TAB in ebx
    mov [ebx], 110       ; MY_TAB[0] = 110
    add ebx, 2           ; ebx = ebx + 2
    mov [ebx], 123       ; MY_TAB[1] = 123
```

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### Appel de fonction

```c
void q() {
}

void p() {
    q();
}

int main(int argc, char **argv) {
    p();
}
```

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### Appel de fonction

Principe :

Sauvegarde du contexte. Changement de contexte. Retour au contexte précédent.

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### La pile - Call stack

- La pile permet l'appels de fonctions.
- Fonctionnement de base d'un programme.

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### Cadre d'exécution - Stack Frame

- Variables locales d'une fonction
- Arguments passés à la fonction
- Espace pour le retour

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```c
int draw_square(int x, int y, int size) {
    draw_line(x, y, x+size, y)
    draw_line(x, y, x, y+size)
    draw_line(x+size, y, x+size, y+size)
    draw_line(x, y+size, x+size, y+size)
}

int draw_line(int x1, int y1, int x2, int y2) {
    // ...
}
```

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En réalité :
- Beaucoup d'optimisations
    - Utilisation des registres pour les paramètres
    - Remplacement de l'appel par du code *inline*
    - ...
- Conventions différentes 
    - langage
    - processeur
    - système d'exploitation

Note:
Convention d'appel internationale : celle du C.