具有内联汇编和访问 c 变量的多线程

Posted 2023-02-22

【中文标题】具有内联汇编和访问 c 变量的多线程

【英文标题】：Multithreading with inline assembly and access to a c variable

【发布时间】：2011-09-18 14:11:23

【问题描述】：

我正在使用内联汇编来构造一组密码，我将使用这些密码来暴力破解给定的哈希值。我用这个website 作为密码构造的参考。

这在单线程环境中完美运行。它会产生无限数量的递增密码。

因为我只有基本的 asm 知识，所以我理解这个想法。 gcc使用ATT，所以我用-masm=intel编译

在尝试对程序进行多线程处理时，我意识到这种方法可能行不通。 以下代码使用 2 个全局 C 变量，我假设这可能是问题所在。

__asm__("pushad\n\t"
    "mov edi, offset plaintext\n\t" <---- global variable
    "mov ebx, offset charsetTable\n\t" <---- again
    "L1: movzx eax, byte ptr [edi]\n\t"
    "    movzx eax, byte ptr [charsetTable+eax]\n\t"
    "    cmp al, 0\n\t"
    "    je L2\n\t"
    "    mov [edi],al\n\t"
    "    jmp L3\n\t"
    "L2: xlat\n\t"
    "    mov [edi],al\n\t"
    "    inc edi\n\t"
    "    jmp L1\n\t"
    "L3: popad\n\t");

它在明文变量中产生一个不确定的结果。

如何创建一个解决方法，让每个线程都访问自己的明文变量？ （如果这是问题......）。

我尝试修改此代码以使用扩展程序集，但每次都失败了。可能是因为所有教程都使用 ATT 语法。

我真的很感激任何帮助，因为我现在被困了几个小时:(

编辑：使用 2 个线程运行程序，并在 asm 指令之后打印明文内容，生成：bb@987654327 @dff ...

编辑2：

pthread_create(&thread[i], NULL, crack, (void *) &args[i]))
[...]
void *crack(void *arg) 
struct threadArgs *param = arg;
struct crypt_data crypt; // storage for reentrant version of crypt(3)

char *tmpHash = NULL;

size_t len = strlen(param->methodAndSalt);
size_t cipherlen = strlen(param->cipher);

crypt.initialized = 0;

for(int i = 0; i <= LIMIT; i++) 
    // intel syntax      
    __asm__ ("pushad\n\t"
    //mov edi, offset %0\n\t"
    "mov edi, offset plaintext\n\t"
    "mov ebx, offset charsetTable\n\t"
    "L1: movzx eax, byte ptr [edi]\n\t"
    "    movzx eax, byte ptr [charsetTable+eax]\n\t"
    "    cmp al, 0\n\t"
    "    je L2\n\t"
    "    mov [edi],al\n\t"
    "    jmp L3\n\t"
    "L2: xlat\n\t"
    "    mov [edi],al\n\t"
    "    inc edi\n\t"
    "    jmp L1\n\t"
    "L3: popad\n\t");

    tmpHash = crypt_r(plaintext, param->methodAndSalt, &crypt);
    if(0 == memcmp(tmpHash+len, param->cipher, cipherlen)) 
        printf("success: %s\n", plaintext);
        break;
    

return 0;
 

【问题讨论】：

如果两个或多个线程可以访问它们，您需要锁定对 plaintext 和 charsetTable 变量的访问。从您发布的内容很难判断这是否真的是问题所在。你能告诉我们线程代码吗？

你真的应该将你的asm 声明为volatile，否则 GCC 可能会移动它。此外，您应该在clobberlist 中有memory。见here。

尽量避免使用全局变量。在这种情况下，简单的方法是使用堆栈变量。另一种更复杂的可能性是使用线程局部变量。

顺便说一句，asm 代码很慢。特别是应该避免使用 xlat 指令（这可能是 20 年前最快的方式）。

【参考方案1】：

由于您已经在使用 pthread，另一种选择是将由多个线程修改的变量变成每个线程的变量（线程特定的数据）。见pthread_getspecific OpenGroup manpage。它的工作方式是这样的：

在主线程中（在创建其他线程之前），执行：

static pthread_key_y tsd_key;
(void)pthread_key_create(&tsd_key);    /* unlikely to fail; handle if you want */

然后在每个线程中，使用plaintext / charsetTable 变量（或更多这样的变量），执行：

struct  char *plainText, char *charsetTable  *str =
    pthread_getspecific(tsd_key);

if (str == NULL) 
    str = malloc(2 * sizeof(char *));
    str.plainText = malloc(size_of_plaintext);
    str.charsetTable = malloc(size_of_charsetTable);
    initialize(str.plainText);          /* put the data for this thread in */
    initialize(str.charsetTable);       /* ditto */
    pthread_setspecific(tsd_key, str);

char *plaintext = str.plainText;
char *charsetTable = str.charsetTable;

或创建/使用多个键，每个此类变量一个；在这种情况下，您不会得到str 容器/双重间接/附加malloc。

带有 gcc 内联 asm 的英特尔汇编语法是，嗯，不是很好；特别是，指定输入/输出操作数并不容易。我认为要使用pthread_getspecific 机制，您需要更改代码：

__asm__("pushad\n\t"
    "push tsd_key\n\t"               <---- threadspecific data key (arg to call)
    "call pthread_getspecific\n\t"   <---- gets "str" as per above
    "add esp, 4\n\t"                 <---- get rid of the func argument
    "mov edi, [eax]\n\t"             <---- first ptr == "plainText"
    "mov ebx, [eax + 4]\n\t"         <---- 2nd ptr == "charsetTable"
    ...

这样，它就变成了无锁的，代价是使用更多内存（每个线程一个明文/charsetTable），以及一个额外的函数调用（到pthread_getspecific()）。另外，如果您执行上述操作，请确保您通过pthread_atexit() free() 每个线程的特定数据，否则您会泄漏。

如果您的函数执行速度很快，那么锁是一个更简单的解决方案，因为您不需要线程特定数据的所有设置/清理开销；如果该函数很慢或被非常频繁地调用，那么锁将成为一个瓶颈——在这种情况下，TSD 的内存/访问开销是合理的。您的里程可能会有所不同。

【讨论】：

这看起来很有希望。我一定会试试的。感谢您的精彩而详细的帖子。欣赏它！

我将此标记为我的解决方案，因为这是对我的问题的直接回答，所以我摆脱了全局变量。速度测量显示，它甚至快了一点。再次感谢

是的，它可能会更快，因为它是“无数据共享”的情况（每个线程复制一次变量）；更高的内存占用与更好的并行性。

【参考方案2】：

使用内联汇编块之外的互斥锁保护此函数。

【讨论】：

我想过。现在我试了一下。它似乎正在工作。但我想这意味着速度的重大损失。我必须锁定plaintext 然后复制内容，然后释放锁定，并实际散列明文。但似乎别无选择。谢谢:)