如何在Python中通过ctypes调用字节形式的x86_64汇编函数？

我有一段函数的反汇编字节码，对应Python的bytes对象为bytes.fromhex('89 4c 24 08 83 7c 24 08 01 7c 0c 8b 44 24 08 ff c8 89 44 24 08 eb ed c3 ')。尝试用以下Python ctypes代码调用这段机器码时程序崩溃：

import ctypes

# 原始反汇编字节
buf = bytes.fromhex('89 4c 24 08 83 7c 24 08 01 7c 0c 8b 44 24 08 ff c8 89 44 24 08 eb ed c3 ')

# 函数类型定义
nothFn = ctypes.CFUNCTYPE(None, ctypes.c_int)

# ctypes 缓冲区
codebuf = ctypes.create_string_buffer(buf)

# 将原始缓冲区地址作为函数地址
cfunc = nothFn(ctypes.addressof(codebuf))

# 调用时程序崩溃
cfunc(ctypes.c_int(3))

同时尝试用str(codebuf)返回的地址调用也会崩溃。现提出两个问题：

1. 是否因内存执行权限违规导致崩溃？如何让分配的内存可执行？是否必须加载到动态库才能执行？
2. 若CPU为x86_64架构，相同代码能否在Windows和Linux下运行？假设函数仅操作输入参数或栈内存。

问题1：内存执行权限与可执行内存分配 #

• 崩溃原因确实是内存执行权限违规：ctypes.create_string_buffer分配的内存属于进程的普通数据段，默认只有读/写权限，没有执行权限。现代操作系统的DEP（数据执行保护）机制会禁止执行数据段的代码，触发权限检查时直接导致崩溃。
• 让内存可执行不需要加载到动态库，直接通过系统调用修改内存权限或分配带执行权限的内存即可，不同系统的实现方式如下：
  • Linux/macOS：可以用mmap直接分配带执行权限的内存，或者用mprotect修改已有内存的权限。示例代码（Linux）：

    import ctypes
    from ctypes import cdll
    
    buf = bytes.fromhex('89 4c 24 08 83 7c 24 08 01 7c 0c 8b 44 24 08 ff c8 89 44 24 08 eb ed c3 ')
    PAGE_EXECUTE_READWRITE = 0x40
    libc = cdll.LoadLibrary('libc.so.6')
    
    # 分配可执行内存
    code_ptr = libc.mmap(0, len(buf), 0x1 | 0x2, 0x2 | 0x1000, -1, 0)
    ctypes.memmove(code_ptr, buf, len(buf))
    
    nothFn = ctypes.CFUNCTYPE(None, ctypes.c_int)
    cfunc = nothFn(code_ptr)
    cfunc(3)
    
    # 释放内存
    libc.munmap(code_ptr, len(buf))
    

  • Windows：用VirtualAlloc分配可执行内存，或者VirtualProtect修改已有内存权限。示例代码：

    import ctypes
    from ctypes import wintypes
    
    buf = bytes.fromhex('89 4c 24 08 83 7c 24 08 01 7c 0c 8b 44 24 08 ff c8 89 44 24 08 eb ed c3 ')
    PAGE_EXECUTE_READWRITE = 0x40
    kernel32 = ctypes.WinDLL('kernel32', use_last_error=True)
    
    # 分配可执行内存
    code_ptr = kernel32.VirtualAlloc(
        wintypes.LPVOID(0),
        wintypes.SIZE_T(len(buf)),
        wintypes.DWORD(0x1000 | 0x2000),  # MEM_COMMIT | MEM_RESERVE
        wintypes.DWORD(PAGE_EXECUTE_READWRITE)
    )
    ctypes.memmove(code_ptr, buf, len(buf))
    
    nothFn = ctypes.CFUNCTYPE(None, ctypes.c_int)
    cfunc = nothFn(code_ptr)
    cfunc(3)
    
    # 释放内存
    kernel32.VirtualFree(code_ptr, 0, 0x8000)  # MEM_RELEASE
    

• 结论：不需要加载到动态库，直接分配带执行权限的内存就能运行机器码。

问题2：x86_64架构下跨Windows/Linux兼容性 #

不能直接跨平台运行，核心原因有两个：

• 调用约定差异：x86_64下，Windows使用fastcall调用约定（前4个整数参数用RCX、RDX、R8、R9寄存器传递），而Linux/macOS采用System V AMD64调用约定（前6个整数参数用RDI、RSI、RDX、RCX、R8、R9传递）。你提供的机器码是基于32位x86的栈传递参数逻辑，放到64位环境下本身就不兼容，更别说跨Windows和Linux了。
• 栈与寄存器布局差异：Windows和Linux的栈帧结构、栈对齐要求不同，32位机器码在64位环境下执行时，会因为寄存器宽度、栈操作逻辑不匹配直接崩溃。
  即使函数仅操作输入参数和栈内存，32位机器码也无法在x86_64架构的不同系统下正常运行，需要分别编写对应平台的64位机器码。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者wanyancan