Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
.NET Framework: 314. C++의 inline asm 사용을 .NET으로 포팅하는 방법 [링크 복사], [링크+제목 복사],
조회: 31222
글쓴 사람
정성태 (techsharer at outlook.com)
홈페이지
첨부 파일
(연관된 글이 6개 있습니다.)
(시리즈 글이 4개 있습니다.)
.NET Framework: 314. C++의 inline asm 사용을 .NET으로 포팅하는 방법
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/1267

개발 환경 구성: 240. Visual C++ / x64 환경에서 inline-assembly를 매크로 어셈블리로 대체하는 방법
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/1759

.NET Framework: 543. C++의 inline asm 사용을 .NET으로 포팅하는 방법 - 두 번째 이야기
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/10889

VS.NET IDE: 127. Visual C++ / x64 환경에서 inline-assembly를 매크로 어셈블리로 대체하는 방법 - 두 번째 이야기
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11691




C++의 inline asm 사용을 .NET으로 포팅하는 방법

어떤 'Guru 정도의 실력자'가 저에게 C++의 inline asm을 .NET으로 포팅할 수 있냐고 물어봤다면 저는 당연히 안된다고 했을 것입니다.

그런데 다음 글을 가리키면서,

Win32 API 후킹 - Trampoline API Hooking
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/1231

위의 C/C++ 소스 코드를 C#으로 바꿀 수 있냐고 물어봤다면, 저는 가능하다고 말했을 것입니다.

그가 다시 말하길... '그렇다면 다시 물어보는데, inline asm을 .NET으로 포팅할 수 있는가?'라고 묻는다면, 아마도 저는 그가 괜히 이런 말을 했을리는 없다는 생각을 했을 것이고, 잠시 고민 후에 무릎을 탁 치면서 말했을지도 모르겠습니다. '가능하다'고! ^^




C#에서 inline asm을 호출하는/흉내내는 것에 대한 내용을 한번 정리해 볼까요?

우선, 어셈블리 코드가 필요하기 때문에 실습 삼아서 cpuid 값을 구해오는 C++ asm 코드로 예를 들어보겠습니다.

CPUID
; http://en.wikipedia.org/wiki/CPUID

위의 글에 보면, cpuid를 구하는 inline 어셈블리를 다음과 같이 사용할 수 있다고 나옵니다.

#include "stdafx.h"

void getCpuId(int bits[])
{
    _asm
    {
        xor ebx, ebx;
        xor ecx, ecx;
        xor edx, edx;
        mov eax, 0;

        cpuid;

        mov edi, bits;

        mov dword ptr [edi + 0], eax;
        mov dword ptr [edi + 4], ebx;
        mov dword ptr [edi + 8], ecx;
        mov dword ptr [edi + 12], edx;
    }
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
  int bits[4];

  getCpuId(bits); 

  printf("%d, %d, %d, %d\n", bits[0], bits[1], bits[2], bits[3]);
  printf("%x, %x, %x, %x\n", bits[0], bits[1], bits[2], bits[3]);

  return 0;
}

이것을 C#으로 변환하는 절차는 간단합니다. 우선, 위의 asm 코드를 바이트로 변환한 배열을 얻어야 하는데요. 이는 Visual Studio 디버깅 상태에서 해당 함수의 기계어 코드를 그대로 복사해 오면 됩니다. 간결하고 깔끔한 바이트 배열을 얻기 위해 C++ 프로젝트를 Release 모드로 놓고, "Inline Function Expansion" 옵션을 "Disabled (/Ob0)" 모드로 설정한 후 컴파일하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

inline_asm_cs_code_1.png

위에서 보여지는 바이트를 C# 배열로 그대로 옮겨주면 됩니다. (물론, 함수 호출 같은 것이 포함되면 문제가 복잡해 지는 부분이 있습니다. ^^)

private readonly static byte[] x86CpuIdBytes =
    {
        0x55,
        0x8B, 0xEC,
        0x53,
        0x57,

        0x33, 0xDB,
        0x33, 0xC9,
        0x33, 0xD2,
        0xB8, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,

        0x0F, 0xA2, // cpuid

        0x8B, 0x7D, 0x08,
            
        0x89, 0x07,
        0x89, 0x5F, 0x04,
        0x89, 0x4F, 0x08,
        0x89, 0x57, 0x0C,

        0x5F,
        0x5B,

        0x5D,
        0xC3, // ret
    };

함수의 body에 해당하는 데이터를 얻었으니 이제 메모리에 쓰고 그것을 함수 포인터(delegate)로 변환해 주면 되는데요. 우선, VirtualAlloc / VirtualFree를 P/Invoke 구문으로 준비해 주고,

[Flags()]
private enum AllocationType : uint
{
    COMMIT = 0x1000,
    RESERVE = 0x2000,
    RESET = 0x80000,
    LARGE_PAGES = 0x20000000,
    PHYSICAL = 0x400000,
    TOP_DOWN = 0x100000,
    WRITE_WATCH = 0x200000
}

[Flags()]
public enum MemoryProtection : uint
{
    EXECUTE = 0x10,
    EXECUTE_READ = 0x20,
    EXECUTE_READWRITE = 0x40,
    EXECUTE_WRITECOPY = 0x80,
    NOACCESS = 0x01,
    READONLY = 0x02,
    READWRITE = 0x04,
    WRITECOPY = 0x08,
    GUARD_Modifierflag = 0x100,
    NOCACHE_Modifierflag = 0x200,
    WRITECOMBINE_Modifierflag = 0x400
} 

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

[DllImport("kernel32")]
private static extern bool VirtualFree(IntPtr lpAddress, UInt32 dwSize, UInt32 dwFreeType); 

이를 사용해서 '코드를 담을 수 있는(즉, execute 가능한) 영역'을 마련해 준 다음, 그 메모리에 데이터로 저장되어 있는 바이트 내용을 복사합니다.

private IntPtr _codePointer; 

public SystemInfo()
{
    // 64비트 지원이 포함된 예제 코드를 https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13475" 글에서 구할 수 있습니다.
    byte[] codeBytes = x86CpuIdBytes; 
 
    if (IntPtr.Size != 4) 
    {
        throw new NotSupportedException();
    }

    _codePointer = VirtualAlloc(IntPtr.Zero, new UIntPtr((uint)codeBytes.Length), 
        AllocationType.COMMIT | AllocationType.RESERVE, 
        MemoryProtection.EXECUTE_READWRITE 
    );

    Marshal.Copy(codeBytes, 0, _codePointer, codeBytes.Length); 
}

public void Dispose()
{
    if (_codePointer != IntPtr.Zero)
    {
        VirtualFree(_codePointer, 0, 0x8000);
        _codePointer = IntPtr.Zero;
    }
}

'실행 가능한 영역'에 써진 바이트 내용이 결국 함수이니, 그것을 그대로 delegate로 전환해 주면 작업이 완료됩니다.

[UnmanagedFunctionPointerAttribute(CallingConvention.Cdecl)]
private delegate void CpuIDDelegate(byte[] buffer); 

CpuIDDelegate _cpuIdDelg;

public SystemInfo()
{
    ...[생략]...

    _cpuIdDelg = (CpuIDDelegate)Marshal.GetDelegateForFunctionPointer(
        _codePointer, typeof(CpuIDDelegate)); 
}

delegate까지 구했으니, 그냥 호출해 주기만 하면 되지만, 해당 코드가 unmanaged API에 속하기 때문에 관리 영역의 버퍼를 인자로 전달해 주면 GC로 인한 메모리 오동작을 일으킬 수 있으므로 이를 보호하기 위해 pinning을 해주어야 합니다.

internal void GetCpudId(byte[] cpudIdBytes)
{
    if (_cpuIdDelg == null)
    {
        throw new ObjectDisposedException("GetCpu");
    }

    GCHandle handle = default(GCHandle);

    try
    {
        handle = GCHandle.Alloc(cpudIdBytes, GCHandleType.Pinned);
        _cpuIdDelg(cpudIdBytes);
    }
    finally
    {
        if (handle != default(GCHandle))
        {
            handle.Free();
        }
    } 
}

와~~~ 멋지죠? ^^ 이렇게 해서 CpuId를 다음과 같이 구해올 수 있습니다.

using (SystemInfo sysInfo = new SystemInfo())
{
    byte[] cpuIdBytes = new byte[4 * 4];
    sysInfo.GetCpudId(cpuIdBytes);
    Console.WriteLine("Cpu Id: " + BitConverter.ToString(cpuIdBytes));
}

C/C++의 힘을 빌리지 않고 cpuid 어셈블리 코드를 C#에서 호출할 수 있다니 ^^ 놀라운 일입니다.

첨부된 파일을 압축해제하면 2개의 프로젝트를 포함하고 있습니다. ConsoleApplication1은 C# 프로젝트로 위에 설명된 코드를 포함하고 있으며, SystemInfo는 inline asm 모델이 되어준 C++ 프로젝트입니다.




아쉽지만, 위의 설명은 제 것이 아니고 ^^ 아래의 글을 읽었기 때문에 가능한 것이었습니다.

x86/x64 CPUID in C#
; http://stackoverflow.com/questions/3216535/x86-x64-cpuid-in-c-sharp

검색하다가 우연히 저 글을 발견했는데, 와~~~ 하는 탄성이 나왔습니다. 저 대단한 응용을 최초에 생각했던 이는 과연 누구였을까요? ^^ 아마 저한테 cpuid를 C#에 interop시켜야 하는 방법을 물어봤다면 아래와 같은 식의 글 이상으로는 쓸 수 없었을 것입니다.

An attempt to bring CPUID to C# 
; http://devpinoy.org/blogs/cvega/archive/2006/04/07/2658.aspx

(위의 글에서, 편한 C/C++의 inline asm을 쓰지 않고 굳이 assembly 언어를 사용해야만 했던 이유는 무엇일까요? 왜냐하면, x64용의 Visual C++ 컴파일러에서는 inline asm을 지원하지 않기 때문에 x64까지 생각한다면 어쩔 수 없는 선택입니다.)

기왕 예제 코드로 "cpuid"에 대한 글을 썼으니, 그 외 기타 부가적인 사항을 정리해 보면.

만약, 다중 CPU 환경에서라면 어떻게 개별 CPU의 cpuid를 구해올 수 있을까요? 이에 대해서는 다음의 글에서 설명해 주고 있습니다.

CPUID on multiple cores/NUMA
; http://stackoverflow.com/questions/8568135/cpuid-on-multiple-cores-numa

즉, 해당 코드를 실행하는 스레드가 어떤 CPU에서 동작하고 있는지로만 판단이 되므로 적절하게 Processor Affinity를 설정해 주어야 합니다.

또한, 위에서 우리가 구했던 byte 배열의 값이 CPU의 고유 일련번호를 의미하지는 않습니다. 물론, cpuid 기계어 명령어에 일련번호를 구하는 방법이 제공되었지만,

EAX=3: Processor Serial Number
; http://en.wikipedia.org/wiki/CPUID#EAX.3D3:_Processor_Serial_Number

AMD에서는 일련번호에 대한 반환 기능이 애초부터 없었고, 인텔의 경우에만 Pentium 3에 한시적으로 적용되었을 뿐입니다. 이름에서 떠오르는 선입견과는 달리, cpuid는 고유값이라기보다는 "Specification"에 관련된 정보를 반환받는 용도로 사용할 수 있습니다.




[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]

[연관 글]






[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 12/8/2023]

Creative Commons License
이 저작물은 크리에이티브 커먼즈 코리아 저작자표시-비영리-변경금지 2.0 대한민국 라이센스에 따라 이용하실 수 있습니다.
by SeongTae Jeong, mailto:techsharer at outlook.com

비밀번호

댓글 작성자
 



2022-02-11 09시23분
Compile asm code into C# functions on fly!

WhiteBlackGoose/AsmToDelegate
; https://github.com/WhiteBlackGoose/AsmToDelegate

// 예제 코드

var asm = new Assembler(bitness: 64);
asm.mov(rax, rcx);
asm.add(rax, rdx);
asm.ret();
var add = asm.ToFunctionPointerWinX64<ulong, ulong, ulong>();
Assert.Equal(44ul, add(31, 13));
정성태

... 76  77  78  79  80  81  82  83  84  [85]  86  87  88  89  90  ...
NoWriterDateCnt.TitleFile(s)
11812정성태2/11/201915706오류 유형: 511. Windows Server 2003 VM 부팅 후 로그인 시점에 0xC0000005 BSOD 발생
11811정성태2/11/201920979오류 유형: 510. 서버 운영체제에 NVIDIA GeForce Experience 실행 시 wlanapi.dll 누락 문제
11810정성태2/11/201918552.NET Framework: 808. .NET Profiler - GAC 모듈에서 GAC 비-등록 모듈을 참조하는 경우의 문제
11809정성태2/11/201920766.NET Framework: 807. ClrMD를 이용해 메모리 덤프 파일로부터 특정 인스턴스를 참조하고 있는 소유자 확인
11808정성태2/8/201922097디버깅 기술: 123. windbg - 닷넷 응용 프로그램의 메모리 누수 분석
11807정성태1/29/201919985Windows: 156. 가상 디스크의 용량을 복구 파티션으로 인해 늘리지 못하는 경우 [4]
11806정성태1/29/201919630디버깅 기술: 122. windbg - 덤프 파일로부터 PID와 환경 변수 등의 정보를 구하는 방법
11805정성태1/28/201921797.NET Framework: 806. C# - int []와 object []의 차이로 이해하는 제네릭의 필요성 [4]파일 다운로드1
11804정성태1/24/201919652Windows: 155. diskpart - remove letter 이후 재부팅 시 다시 드라이브 문자가 할당되는 경우
11803정성태1/10/201918534디버깅 기술: 121. windbg - 닷넷 Finalizer 스레드가 멈춰있는 현상
11802정성태1/7/201920222.NET Framework: 805. 두 개의 윈도우를 각각 실행하는 방법(Windows Forms, WPF)파일 다운로드1
11801정성태1/1/201921498개발 환경 구성: 427. Netsh의 네트워크 모니터링 기능 [3]
11800정성태12/28/201820608오류 유형: 509. WCF 호출 오류 메시지 - System.ServiceModel.CommunicationException: Internal Server Error
11799정성태12/19/201822379.NET Framework: 804. WPF(또는 WinForm)에서 UWP UI 구성 요소 사용하는 방법 [3]파일 다운로드1
11798정성태12/19/201821225개발 환경 구성: 426. vcpkg - "Building vcpkg.exe failed. Please ensure you have installed Visual Studio with the Desktop C++ workload and the Windows SDK for Desktop C++"
11797정성태12/19/201817213개발 환경 구성: 425. vcpkg - CMake Error: Problem with archive_write_header(): Can't create '' 빌드 오류
11796정성태12/19/201817551개발 환경 구성: 424. vcpkg - "File does not have expected hash" 오류를 무시하는 방법
11795정성태12/19/201820783Windows: 154. PowerShell - Zone 별로 DNS 레코드 유형 정보 조회 [1]
11794정성태12/16/201816888오류 유형: 508. Get-AzureWebsite : Request to a downlevel service failed.
11793정성태12/16/201819417개발 환경 구성: 423. NuGet 패키지 제작 - Native와 Managed DLL을 분리하는 방법 [1]
11792정성태12/11/201819185Graphics: 34. .NET으로 구현하는 OpenGL (11) - Per-Pixel Lighting파일 다운로드1
11791정성태12/11/201819208VS.NET IDE: 130. C/C++ 프로젝트의 시작 프로그램으로 .NET Core EXE를 지정하는 경우 닷넷 디버깅이 안 되는 문제 [1]
11790정성태12/11/201817662오류 유형: 507. Could not save daemon configuration to C:\ProgramData\Docker\config\daemon.json: Access to the path 'C:\ProgramData\Docker\config' is denied.
11789정성태12/10/201831313Windows: 153. C# - USB 장치의 연결 및 해제 알림을 위한 WM_DEVICECHANGE 메시지 처리 [2]파일 다운로드2
11788정성태12/4/201817587오류 유형: 506. SqlClient - Value was either too large or too small for an Int32.Couldn't store <2151292191> in ... Column
11787정성태11/29/201821747Graphics: 33. .NET으로 구현하는 OpenGL (9), (10) - OBJ File Format, Loading 3D Models파일 다운로드1
... 76  77  78  79  80  81  82  83  84  [85]  86  87  88  89  90  ...