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Unix汇编语言简介



         Unix汇编语言简介

    Boldyshev 编译：ideal

    本文章重要介绍如何在LA-32(I386)平台下Uinx系统下编写简单的汇编程序，这里的材料并不一定适用于其他的平台，本文说明了程序风格、系统调用惯例和编译过程。更加详细的信息可以参考Linux

    Assembly HOWTO。

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    1. 简介

    1.1 版权声明

    Copyright © 1999-2000 Konstantin Boldyshev. 本文章遵从GNU href=“http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html“>Free Documentation License.

    1.2 获得本文档
    本文章的最新版本可以在 http://linuxassembly.org/intro.html下载。

    1.3 需要的工具

    为了验证本文中的程序示例，需要以下几个开发工具。
    首先，需要一个编译器.当前，Unix发布一般都带有gas(GNU Assemble)，但是这里的例子都使用另外一个编译器—nasm

    (Netwide Assembler)。它的源代码也是开放的，可以从 href=“http://www.cryogen.com/Nasm/“>nasm page下载该程序。一般Linux发布都预装了nasm，所以首先查看你的系统。

    其次，需要一个链接器—ld，由于一个nasm仅仅产生目标代码，所以需要链接器来链接目标代码，一般Linux发布都带有ld程序。
    -----------------------------------------------------------------
    2. Hello, world!

    下面，我们将编写一个打印“hello,world!“的汇编程序(hello.asm)。你可以从 href=“http://linuxassembly.org/intro/hello.tgz“>这里下载院代码和二进制代码。

    2.1 System calls

    除非一个汇编程序仅仅进行数学运算，否则其必须进行输入输出及退出等操作，而要进行这些操作就需要调用操作系统的服务。实际上，除了使用系统的服务以外，不同操作系统的汇编编程是很类似的。

    在UNIX系统下有两种方式实现对系统调用的使用：通过经过封装的C库(libc)或者直接调用。

    在汇编程序中是否使用libc不仅仅是一个编程风格的问题，而libc封装用来确保当系统调用接口发生变化时，无须对使用libc的程序进行修改，和用来提供POSIX兼容的接口。而UNIX内核调用往往是和POSIX兼容的，这意味着大多数libc的系统调用的语法完全和真正的内核系统调用相匹配的(或者相反)。但是不通过libc调用系统服务的缺点是会丢失若干个不仅仅是系统调用封装的函数如：printf(),

    malloc()

    这篇文章来说明如何直接调用内核调用，因为这是调用内核服务的效率最高的方式，我们的程序不与任何库链接，而是直接和内核通信。

    不同的UNIX内核的系统调用函数集合及系统调用惯例都是不大相同的,但是它们往往都是POSIX兼容的操作系统，所以往往都有很明显的共同点。

    2.2 程序风格
    当前IA-32 UNIX都是32bit的操作系统，具有以下特点：运行在保护模式下，具有“平坦“(flat)内存地址空间，使用ELF二进制代码格式。一个程序可以划分为不同的段：.text是程序执行代码(只读)，.data是程序的数据部分(读写)，.bss是没有经过初始化的数据(read-write)；同时还可以具有其他一些标准的段及用户自定义段，但是这种情况很少被应用。而一个程序至少具有.text段。

    2.3 Linux

    LInux环境下的系统调用是通过int 0x80来实现的。(实际上有一个内核补丁允许在新的CPU上通过系统调用sysenter指令来使用系统调用，但是这仍然处于实验阶段)

    Linux在调用惯例上和其他的Unix不大一样，对于系统调用具有一个“fastcall“惯例(和DOS倒是挺类似的)。系统函数号由ea被传递，参数则通过寄存器被传递，而不是通过堆栈。一共可以具有5个参数，顺序存放在ebx,

    ecx, edx, esi, edi。如果调用具有5个以上的参数，它们则简单的以结构的形式作为第一个参数传递。返回结果在ea中被返回，堆栈则根本没有被建立。

    系统调用函数号包含在/sys/syscall.h中，而实际上是定义在asm/unistd.h中。系统调用的man文档有的包含在man的第二部分，例如man

    2 write才能看到write的man文档。

    下面，我们的Linux汇编程序如下：
    -----------------------------------------------------------------
    section .text

    global _start ;must be declared for linker (ld)
    msg db ‘Hello, world!‘,0xa ;our dear string
    len equ $ - msg ;length of our dear string
    _start: ;tell linker entry point
    mov edx,len ;message length
    mov ecx,msg ;message to write
    mov ebx,1 ;file descriptor (stdout)
    mov eax,4 ;system call number (sys_write)
    int 0x80 ;call kernel
    mov eax,1 ;system call number (sys_exit)
    int 0x80 ;call kernel
    -----------------------------------------------------------------

    正如你将要了解的那样，Linux系统调用惯例是最紧凑的一种了。

    内核资源参考

    arch/i386/kernel/entry.S
    include/asm-i386/unistd.h
    include/linux/sys.h

    2.4 FreeBSD

    FreeBSD是具有常见的调用惯例，其系统调用号存放在eax中，参数存放在堆栈中(第一个参数最后被推入栈中)，

    一个系统调用通过一个对一个包含int 0x80和ret的函数的调用来进行的，而不仅仅是int 0x80。(在int 0x80发出之前，返回地址必须已经存放在堆栈之中)。调用结束以后调用者必须清除堆栈。调用返回结果一般存放在eax中。

    有另外一个可选的方法来使用call 7:0来替代int 0x80。最后结果是一样的。但是call7:0的方法将增加程序大小，因为之前用户必须使用push eax命令。
    系统调用号存放在sys/syscall.h中。系统调用的man文档在man的第二部分。

    程序如下所示：
    -----------------------------------------------------------------

    section .text
    global _start ;must be declared for linker (ld)
    msg db “Hello, world!“,0xa ;our dear string
    len equ $ - msg ;length of our dear string
    _syscall:
    int 0x80 ;system call
    ret
    _start: ;tell linker entry point
    push dword len ;message length
    push dword msg ;message to write
    push dword 1 ;file descriptor (stdout)
    mov eax,0x4 ;system call number (sys_write)
    call _syscall ;call kernel
    ;the alternate way to call kernel:
    ;push eax
    ;call 7:0
    add esp,12 ;clean stack (3 arguments * 4)
    push dword 0 ;exit code
    mov eax,0x1 ;system call number (sys_exit)
    call _syscall ;call kernel
    ;we do not return from sys_exit,
    ;there‘s no need to clean stack
    -----------------------------------------------------------------
    内核资源参考：

    i386/i386/exception.s
    i386/i386/trap.c
    sys/syscall.h

    2.5 BeOS
    BeOS内核同样使用通用的UNIX调用惯例，其和FreeBSD的区别是使用:int
    0x25。对于到哪里查找系统调用号和其他感兴趣的细节，查看os_beos.inc文件。为了使用nasm正确的编译BeOS程序，需要在float.h中加入#include
    “nasm.h“ ，和在nasm.h中加入#include 。
    -----------------------------------------------------------------
    section .text
    global _start ;must be declared for linker (ld)
    msg db “Hello, world!“,0xa ;our dear string
    gen equ $ - msg ;length of our dear string
    _syscall: ;system call
    int 0x25
    ret
    _start: ;tell linker entry point
    push dword len ;message length
    push dword msg ;message to write
    push dword 1 ;file descriptor (stdout)
    mov eax,0x3 ;system call number (sys_write)
    call _syscall ;call kernel
    add esp,12 ;clean stack (3 * 4)
    push dword 0 ;exit code
    mov eax,0x3f ;system call number (sys_exit)
    call _syscall ;call kernel
    ;no need to clean stack
    -----------------------------------------------------------------

    2.6 创建可执行代码

    创建可执行代码分为两个阶段：编译和链接。按照下面的步骤进行：
    -----------------------------------------------------------------
    $ nasm -f elf hello.asm # this will produce hello.o object file
    $ ld -s -o hello hello.o # this will produce hello executable
    -----------------------------------------------------------------

    这样就很容易的产生了可执行代码，然后使用命令./hello就可以执行程序了。

    3. 汇编资源

    若希望深入了解Linux汇编，可以参考站点Linux的内容，并且下载 href=“http://linuxassembly.org/asmutils.html“>asmutils，其包含了很多示例代码。也可以参考 href=“http://linuxassembly.org/howto.html“>Linux Assembly HOWTO..下面是一些Linux汇编的一些资源链接。

    工程:

    ;各种使用汇编编写的 size=“-1“>LInux/UNIX工程，是很好的示例资源

    name
    short description
    platform
    OS
    assembler
    asmutils
    miscellaneous utilities, small libc
    IA32
    Linux, FreeBSD (BeOS)
    nasm
    libASM
    assembly library (lots of various routines)
    IA32
    Linux
    nasm
    e3
    WordStar-like text editor
    IA32
    Linux, FreeBSD, BeOS
    nasm
    ec64
    Commodore C64 emulator
    IA32
    Linux
    nasm
    ELF kickers
    ELF kickers and tiny Linux executables
    IA32
    Linux
    nasm
    BLAS
    basic linear algebra subroutines
    Alpha
    Linux, Digital UNIX, WinNT
    gas

    ASMIX
    several commandline utilities
    TA32
    Linux, FreeBSD
    gas

    asm-toys
    few utilities
    IA32
    Linux
    gas

    cpuburn
    CPU loading utililties
    IA32
    Linux, FreeBSD
    gas

    acid
    small textmode intro
    IA32, ARM
    Linux
    nasm, gas

    href=“ftp://ftp.forth.org/pub/Forth/Compilers/native/unix/Linux/linux-eforth-1.0e.tar.gz“>eforth

    Linux Forth
    IA32
    Linux
    gas

    smallutils
    few small utils in assembly and C
    IA32, SPARC
    Linux
    gas


    还有很多C-汇编混合工程，如 Linux

    kernel, GNU MP Library, href=“http://www.gnu.org/software/libc/“>GNU libc, href=“http://www.tutok.sk/fastgl/“>OpenGUI, FreeAmp。

    文档:Linux Assembly HOWTO

    Using the GNU Assembler (GAS manuals)
    List of Linux/i386 system calls: this one and this one

    href=“http://www.unix.digital.com/faqs/publications/base_doc/DOCUMENTATION/HTML/AA-PS31D-TET1_html/TOC.html“>Digital

    UNIX assembly
    ; Articles

    Startup state of Linux/i386 ELF binary

    Self-modifying code under Linux

    ; Books

    The Art Of Assembly

    by Randall Hyde. Classic book; general assembly programming, for newbies.

    PC Assembly Language
    by Paul Carter. 32bit protected mode programming, Windows & Linux, for newbies.

    Assembler for DOS,

    Windows and UNIX

    by Sergey Zubkov. ISBN 5-89818-019-2, 637 pages, 1999. In Russian language.

    Assembly Language Step-By-Step; Programming with DOS and Linux with CDROM

    by Jeff Duntemann. ISBN: 0471375233, 612 pages, 2000; John Wiley & Sons

    Linux Assembly Programming

    by me. Not available yet.

    ; CPU 手册及汇编编程导引

    IA-32 (x86):

    sandpile.org, x86.org,

    Intel, href=“http://www.amd.com/support/techdocdir.html“>AMD, href=“http://www.cyrix.com/products/cyrindex.htm“>Cyrix, href=“http://www.xs4all.nl/~feldmann/86bugs.htm“>x86 bugs

    IA-64:
    Intel IA-64 manuals

    Alpha:

    Digital Alpha papers,

    href=“http://ftp.digital.com/pub/Digital/info/semiconductor/literature/dsc-library.html“>Digital

    Documentation Library, href=“http://www.unix.digital.com/faqs/publications/base_doc/DOCUMENTATION/V40D_PDF/“>more

    manuals

    SPARC:

    SPARC International Standard Documents

    Repository, Technical

    SPARC CPU Resources

    MIPS:

    MIPS Online Publications Library

    PPC:

    Beginners Guide to

    PowerPC Assembly Language

    新手入门指引:

    Introduction to UNIX assembly programming

    (Linux, FreeBSD, BeOS)

    Using x86 assembly code in

    BeOS (NASM, linking to GCC)

    Linux assembly tutorial

    (GAS and GDB)

    DJGPP QuickAsm Programming Guide size=“-1“>(GAS and GCC inline assembly)

    SPARC assembly “Hello

    world“ (NetBSD, SunOS, Solaris)

    A Whirlwind

    Tutorial on Creating Really Teensy ELF Executables for Linux

    工具：

    NASM

    portable x86 assembler with Intel syntax

    NASM 0.98e

    extented NASM version

    BIEW

    portable console hex viewer/editor with built-in disassembler

    UPX

    portable executable packer for several formats

    Intel2gas

    converter between AT&T and Intel assembler syntax

    A2I

    converter from AT&T to Intel assembler syntax

    TA2AS

    converter from TASM to AT&T assembler syntax

    SPARC

    SPARC v8 assembler & disassembler

    站点：

    APJ

    Assembly Programming Journal

    H-Peter Recktenwald‘s site

    “The Int80h page“

    Jan‘s Linux & Assembler page

    mostly about assembly programming with libc

    Bruce Ediger‘s page

    SPARC assembly related materia

    作者：Konstantin
    发布人:Crystal 来自:中国超级linux联盟 

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