可视虚拟机X86VVM2的设计与实现

发布时间：2020-05-27 02:06

【摘要】：程序设计可视化作为科学可视化的一个分支,它的特点主要体现在编程以及运行环境可视化两方面。可视化编程开发工具已经成为现代软件开发行业的主流工具。然而,目前主流汇编语言的可视化编程开发工具大多还停留在编辑可视化上,没有考虑其执行过程的可视化,使得程序设计者不能深入了解程序的执行过程。本文以X86汇编语言为研究对象,实现了一个X86汇编语言的可视虚拟机---X86VVM2。本文的主要工作如下：首先,总结了主流汇编集成开发环境及现有的汇编可视虚拟机的特点和不足,并按照虚拟机设计的基本原理,重新设计X86VVM可视虚拟机内核,得到新的X86VVM2内核,该内核解决了数据区dup伪指令的解析、程序段及寻址方式的识别、函数的调用和带纠错功能的异常处理等问题。然后,采用面向对象的设计思路,同时考虑到运行时的人机交互,实现了内核的可视化,开发出X86VVM2可视虚拟机。X86VVM2具有CPU内部寄存器数据及寄存器之间数据动态交互可视化、程序数据(数据变量、函数、符号表)可视化、内核栈可视化、编辑可视化、调试可视化、代码跟踪可视化、人机交互可视化及流程图可视化的功能。为了更好地实现流程图可视化,本文提出了翻页效果的流程图自动生成算法。该算法首先将源程序划分为各个基本模块,然后根据不同类型的模块,生成对应的抽象节点,最后根据节点内存放的地址信息,画出主程序的流程图。函数调用时,先将主程序的开始节点进栈,然后画出子函数的流程图；函数返回时,取得保存在栈中的节点,画出以此节点开始的主程序流程图,从而实现主程序流程图与子程序流程图自动切换。最后,总结了X86VVM2的实现及对内核的测试,同时选取一个实例对X86VVM2的整体功能进行测试。试验结果表明,内核执行结果正确及各可视化功能运行正常。在论文结尾处,总结了本课题的主要工作并对后续工作进行展望。
【图文】：

架构图,内核,架构

结合寄存器处理器和堆栈处理器的优点，本X86VVMZ虚拟机采用寄存器架构，同时在X86VVMZ虚拟机内部设置一个栈，函数的调用直接依靠内核栈，从而提高内核处理速度，图2一1是X86VVMZ内核结构图。〔X86~娠_一口，符表号J虚拟cP汇汇汇编编编器器器栈卫!日图2一IX86VVMZ内核架构 FigureZ一 1X86VVMZKernelArchiteeture如上图所示，X86VVMZ内核主要分为五个部分。汇编器对汇编程序进行汇编;虚拟内存存放汇编后的机器码;栈存放堆栈操作指令及函数调用后内核栈中的数据;虚拟CPU作为执行部件，执行虚拟内存中的机器码;符号表为语法分析、异常处理及数据信息可视化提供符号信息。

指令结构,操作码,操作数,操作码表

(oPOperationCode)和操作数 (ODOperationData)两个部分。如 MOVAH，一oH这条指令，其格式如图3一1所示。MOV_多一A工1IOH▲操作码(OPCode)一—---一一}源操作丝冬些竺_1目的操作数Destination图3一1指令结构 Figure3一 1InstruetionStructure其中操作码表示指令执行什么样的操作，在一条指令中，操作码是必须有的部分，操作数表示操作码对应的操作的数据或数据的存放地址。X86VVMZ虚拟机按照指令使用的频率，，实现如下共83条指令:and·shl·ret·rePne、rePe、reP、seasw·scasb、emPsw·emPsb、lodsw、lodsb、stosw、stosb、mov、movsw、movsb、rer、rel、ror、rol、shr、sar、shl、test、not、Of、Jno、and、loopnz、loopz、jne、jle、jl、jge、jg、jexz、jbe·jb、jnb丫PoPf、Ja、JnP、JPe、cwd、ebw、lah且jo、jns、js、jnz·idiv、imul·neg·sbb·ade·les·lds·cme、xehg、PoPa、Pusha、movzx·Pushf、sahf、1llOVSX、div、add、mul、PoP、ine、dec、Push、jmP、je、eall、xor、sub·looP、je、int、lea。CmP、
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP302

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