CIL nop 操作码的目的是啥？

Posted 2023-02-18

【中文标题】CIL nop 操作码的目的是啥？

【英文标题】：What's the purpose of the CIL nop opcode?CIL nop 操作码的目的是什么？

【发布时间】：2010-09-19 02:13:48

【问题描述】：

我正在浏览 MSIL，并注意到 MSIL 中有很多 nop 指令。

MSDN 文章说，如果操作码被修补，它们不会执行任何操作并用于填充空间。与发布版本相比，它们在调试版本中的使用要多得多。

我知道汇编语言中会使用这类语句来对齐后面的指令，但是为什么 MSIL 中需要 MSIL nop？

（编者注：接受的答案是关于机器代码 NOP，而不是问题最初询问的 MSIL/CIL NOP。）

【问题讨论】：

在语言编译器向程序集发出的 MSIL nop 指令与运行程序集时 JIT 编译器发出的 x86 nop 指令（在该平台上）之间存在大量混淆。 [事实上，公认的答案是关于 x86 nop，与 MSIL 无关。] 理想情况下，这个问题应该分成 2 个不同的问题： MSIL::nop 的目的？原生平台 nop 的用途和用途？

【参考方案1】：

NOP 有多种用途：

它们允许调试器在一行上放置一个断点，即使它在生成的代码中与其他断点组合。 它允许加载程序使用不同大小的目标偏移来修补跳转。 它允许代码块在特定边界对齐，这对缓存很有好处。 它允许增量链接通过调用新部分来覆盖代码块，而不必担心整个函数会改变大小。

【讨论】：

来自Wikipedia：“NOP 最常用于计时目的，强制内存对齐，防止危险，占用分支延迟槽，使现有指令无效，例如跳转, 或作为占位符，稍后在程序开发中被活动指令替换（或在重构有问题或耗时时替换已删除的指令）。在某些情况下，NOP 可能有轻微的副作用；例如，在 Motorola 68000 系列处理器上，NOP 操作码会导致管道同步。”

【参考方案2】：

以下是调试使用MSIL / CIL nops（不是x86机器代码nop）的方式：

语言编译器（C#、VB 等）使用 Nops 来定义隐式序列点。这些告诉 JIT 编译器在哪里确保机器指令可以映射回 IL 指令。

Rick Byer 在DebuggingModes.IgnoreSymbolStoreSequencePoints 上的博客文章解释了一些细节。

C# 还在调用指令之后放置 Nops，以便源中的返回站点位置是调用而不是调用之后的行。

【讨论】：

C# 还在调用指令之后放置 Nops，以便源中的返回站点位置是调用而不是调用之后的行。 不确定我是否明白这一点。你有什么参考资料吗？

【参考方案3】：

它为代码中的基于行的标记（例如断点）提供了机会，其中发布版本不会发出任何信号。

【讨论】：

断点需要在 nop 上吗？为什么不在常规操作码上放一个断点？

许多常规操作码在发布版本中得到优化。这会弄乱你的断点，除非有一个占位符 nop 断点仍然指向

在调试版本中，它们还用于提供一条指令以在代码没有指令的地方中断。例如，打开大括号。

您可能需要添加对blogs.msdn.com/oldnewthing/archive/2007/08/17/4422794.aspx 的引用作为来源。

好吧，感谢 Greg 和 Jimmy 将其转化为实际答案。

【参考方案4】：

老兄！无操作太棒了！这是一个除了消耗时间什么都不做的指令。在昏暗的黑暗时代，您可以使用它来对关键循环中的时序进行微调，或者更重要的是作为自我修改代码的填充物。

【讨论】：

我了解它在直接在硬件上运行时的用途，但 MSIL 是 JITed。

MSIL 仅在具有 JIT 的系统上进行 JIT - MSIL 不需要 JIT。

【参考方案5】：

在针对特定处理器或架构进行优化时，它还可以使代码运行得更快：

处理器长期以来采用多条大致并行工作的流水线，因此可以同时执行两条独立的指令。在具有两个管道的简单处理器上，第一个可能支持所有指令，而第二个仅支持一个子集。此外，当必须等待尚未完成的前一条指令的结果时，流水线之间会出现一些停顿。

在这种情况下，一个专用的nop可能会强制下一条指令进入一个特定的流水线（第一条，或者不是第一条），并改善后续指令的配对，使得nop 不仅仅是摊销。

【参考方案6】：

在我最近（四年）工作的一个处理器中，NOP 用于确保前一个操作在下一个操作开始之前完成。例如：

加载值到寄存器（需要 8 个周期） 8号 加1注册

这确保寄存器在添加操作之前具有正确的值。

另一个用途是填充执行单元，例如必须有一定大小（32 字节）的中断向量，因为向量 0 的地址是 0，向量 1 的地址是 0x20 等等，所以编译器会放入 NOP如果需要，在那儿。

【参考方案7】：

他们可以在调试时使用它们来支持编辑并继续。它为调试器提供了工作空间，可以在不更改偏移量等的情况下用新代码替换旧代码。

【讨论】：

我在 VS 中实现了对编辑和继续的调试器支持（我没有实现 CLR 或编译器部分）。 Nops 是确保从旧版本到新版本方法的正确映射的一部分（特别是在跳出异常处理代码的情况下）。但是，更换 MSIL 是在整个功能的基础上完成的。对于 CLR 托管代码，没有必要在 msil 中“留出空间”来完成该部分。关于原生编辑并继续，您在此处所说的内容是正确的。

【参考方案8】：

50 年太晚了，但是嘿。

如果您手动输入汇编代码，则 Nop 很有用。 如果你必须删除代码，你可以 nop 旧的操作码。

类似地，您可以通过覆盖一些操作码并跳转到其他地方来插入新代码。在那里放置被覆盖的操作码，并插入新代码。准备好后跳回去。

有时您必须使用可用的工具。在某些情况下，这只是一个非常基本的机器代码编辑器。

如今，对于编译器，这些技术已经毫无意义了。

【参考方案9】：

它们的一个典型用途是让您的调试器始终可以将源代码行与 IL 指令相关联。

【讨论】：

由于 msil 在运行时是 JIT 编译的，因此可能会丢失该映射（例如，本机指令没有唯一的 MSIL 指令）。 NOP 用作从语言编译器到 JIT 编译器的通信机制，以保留这样的映射。

【参考方案10】：

在软件破解场景中，解锁应用程序的经典方法是使用 NOP 修补检查密钥或注册或时间段或诸如此类的行，这样它就什么也不做，只是继续启动应用程序，就好像已注册。

【讨论】：

我很确定无操作指令并不是为了帮助人们盗版软件而发明的 :-)

【参考方案11】：

我还看到代码中的 NOP 会修改自身以混淆它作为占位符的作用（非常古老的复制保护）。

【参考方案12】：

正如 ddaa 所说，nops 让您考虑堆栈中的差异，因此当您覆盖返回地址时，它会跳转到 nop sled（连续的很多 nop），然后正确命中可执行代码，而不是跳转到指令中不是开始的某个字节。

【参考方案13】：

NOP-Slides 是一个有点非正统的用法，用于缓冲区溢出攻击。

【讨论】：

正在寻找这个:)

更正您的链接，它不起作用，请始终确保，您提交了网络存档链接，因为他们不会给出 404 未找到。

目前正在研究 shellcode，想要更多关于 NOP 的上下文。不得不回去一点，但这里有一个档案：web.archive.org/web/20110124015428/http://www.phreedom.org:80/…

【参考方案14】：

它们允许链接器将较长的指令（通常是长跳转）替换为较短的指令（短跳转）。 NOP 占用了额外的空间 - 代码无法移动，因为它会阻止其他跳转工作。这发生在链接时，因此编译器无法知道长跳转还是短跳转合适。

至少，这是它们的传统用途之一。

【参考方案15】：

这不是对您特定问题的回答，但在过去，如果您无法用其他有用的指令填写它，您可以使用 NOP 填写 branch delay slot。

【参考方案16】：

.NET 编译器是否对齐 MSIL 输出？我想它可能对加快对 IL 的访问很有用......另外，我的理解是它被设计为可移植的，并且在其他一些硬件平台上需要对齐访问。

【参考方案17】：

我学习的第一个程序集是 SPARC，所以我熟悉分支延迟槽，如果你不能用另一条指令填充它，通常是你要放在分支指令之上的指令或在循环中增加一个计数器, 你使用 NOP。

我不熟悉破解，但我认为使用 NOP 覆盖堆栈是很常见的，因此您不必准确计算恶意函数的开始位置。

【参考方案18】：

我使用 NOP 自动调整进入 ISR 后累积的延迟。非常方便地确定时间。