（转）linux下的汇编总结

Question

和luster一起学习在linux下使用汇编语言（1）

摘要

　　我开始学习在Linux使用汇编语言了。我以前从来没有在Linux下使用过汇编语言。我今天看到了一份文档，是Linux Assembly HOWTO，我看了看，决定学习学习。下面是我的学习笔记。让我一起学习吧。

(2002-08-25 14:25:47)

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By Wing, 出处：作者：luster

　　在Linux下使用汇编语言

　　by Wang Hui(hwang@ustc.edu)

　　2001/9/11

　　我开始学习在Linux使用汇编语言了。我以前从来没有在Linux下使用过汇编语言。我今天看到了一份文档，是Linux Assembly HOWTO，我看了看，决定学习学习。下面是我的学习笔记。让我一起学习吧。

　　1. 你需要汇编语言吗？

　　汇编语言的优点和缺点

　　汇编语言可以很直接的表达比较低层次的：

　　· 你可以通过汇编代码访问与机器硬件直接相关的存储器或者I/O口。

　　· 你可以在一些关键的代码区准确的控制某些代码的行文，避免其他方法带来的多线程共同访问或者硬件设备共享引起的死锁。

　　· 你可以通过使用汇编打破通常的编译器编译的结果，例如你可以根据自己的考虑优化一些东西。

　　· 我们可以在代码分片之间建立一些接口。

　　· 我们可以通过一些汇编代码使处理器进入不寻常的编程模式。例如16 bit mode to interface startup, firmware, or legacy code on Intel PCs.

　　· 可以优化一些代码，提高运行速度。

　　· 可以为特定的应该编写优化代码。

　　· 可以为某语言的编译器编写代码。

　　汇编语言是一种层次非常低的语言（仅仅高于手动编写二进制机器指令码），这就意味着：

　　· 开始写起来会很长而且单调

　　· 很容易出现bug

　　· 程序中的bug非常难查找

　　· 写出来的代码非常难懂，而且不好维护和修改

　　· 而且结果是不能到其他体系结构的平台上运行。

　　· 代码只能针对某特特定体系结构的特定型号的处理器优化。例如，在Intel兼容系列的CPU中，每一款CPU都有特殊的设计，变量也不一样，都有特定的优化考虑。CPU的时间已经有很多了，例如:Intel 386, 486, Pentium, PPro, PII, PIII, PIV; Cyrix 5x86, 6x86, M2; AMD K5, K6 (K6-2, K6-III), K7 (Athlon, Duron). 而且新的设计还不断地出现。

　　· 编写汇编代码时候，我们会花费很多的时间在一些细节事情上，而不能专注一些小的或者大的算法设计，而算法的优化能更快的提高程序运行的速度。例如，你可以用汇编加快一些数组的访问和管理，但是总体上讲，使用hash表会更大程度上加快访问速度。

　　· 一个算法上的小的改动，可能需要我们全部重新写一段很长的代码。

"compilers make it a lot easier to use complex data structures,
and compilers don't get bored halfway through and generate
reliably pretty good code."

　　2. Linux 和汇编

　　你可能已经注意到了，在linux下开发程序，通常不需要使用汇编语言。与DOS不一样，你不需要使用汇编来编写linux的驱动程序(当然，如果你非得用汇编写，也可以)。而且现在的编译器有很多优化器，可以针对不多的CPU优化尼的高级语言写的代码，例如C代码。当然既然我们在讨论这个问题，而且你都在阅读本文了，luster知道你肯定有自己的理由去使用汇编而不是C或者C++了。：）

　　你可能需要使用汇编，或者你不得不使用汇编。简单的说，使用汇编的理由就是精简代码和libc无关性。还有一个理由就是，希望像一个以前的疯狂的hacker那样，这些20多岁的hacker的习惯就是用汇编写任何代码。

　　然而，假如你要移植linux到某些嵌入式硬件环境下，你需要减少系统的大小，你需要将很多基本的系统精简到很小的空间。其中的一个可行的方法就是，重新用汇编写部分（或者全部？）代码。例如，用汇编写的简单的http服务器程序可能少于600 bytes，这样呢可以把建立一个webserver（包括一个内核和一个httpd），大小只有400KB或者更小。是不是很爽？：）

　　今天就学习到这里。下面就让我们真正开始吧。

Answer 1

和luster一起学习在linux下使用汇编语言（2）

摘要

　　GNU C/C++编译器（GCC）是一个32-bit的编译器，是GNU计划的核心，能非常好的支持x86体系结构，它支持在C程序里面嵌入汇编代码，这样看来，寄存器可以自己指定也可以留给gcc来分配。GCC可以在多个平台下使用，除了linux，还有*BSD, VSTa, OS/2, *DOS, Win*等等。

(2002-08-25 14:26:20)

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By Wing, 出处：作者：luster

　　2001/9/12

　　3. 汇编器

　　gcc内嵌编译器

　　GNU C/C++编译器（GCC）是一个32-bit的编译器，是GNU计划的核心，能非常好的支持x86体系结构，它支持在C程序里面嵌入汇编代码，这样看来，寄存器可以自己指定也可以留给gcc来分配。GCC可以在多个平台下使用，除了linux，还有*BSD, VSTa, OS/2, *DOS, Win*等等。

　　可以在GNU FTP站点下载GCC。链接是：

　　ftp://prep.ai.mit.edu/pub/gnu/gcc/

　　现在GCC已经分裂成两个分支(GCC 2.8和EGCS)，但是它们又重新合并了起来，GCC的主页位于：http://gcc.gnu.org.

　　因为内核头文件中定义的一些汇编例程函数都是extern inline函数，所以GCC必须要加-O（或者-O2，-O3等）编译标志，这样才能使得这些函数可以使用。否则，如果不加-O标志，代码也可以被编译，但是可能link会不正确。

　　嵌入汇编语言可以通过“-fno-asm”来被禁止。不过通常来说，比较好的编译标志是如下的，这对于大多数的x86平台都是很不错的选择：

gcc -O2 -fomit-frame-pointer -W -Wall

　　-O2在大部分情况下都是很好的代码优化级别。事实上，使用优化后会带来更多的编译时间，也会产生大一些地代码，而在速度上仅仅有一点点提高。

　　-fomit-frame-pointer允许产生的代码中跳过一些错误的frame pointer maintenance,这样可以使得代码小一些而且快一些，而且会释放一些寄存器来获得更进一步的优化。

　　-W –Wall使得我们可以获得很多有用的warning，这对于我们减少一些愚蠢的编码错误是非常有用的。

　　我们还可以加一些编译参数来指明目标CPU的类型，这样就允许GCC来产生一些针对特定CPU的优化代码。在编译内核中使用指明CPU类型的参数是非常有用的。具体GCC支持什么类型CPU优化，我们可以参考所使用的GCC的文档。

　　GCC对宏的支持

　　GCC允许而且要求你指明你的嵌入汇编代码使用的寄存器，这样编译器的优化器才能知道如何优化。因此，嵌入汇编代码通常是一些patterns，而不是真正的代码（exact code）。因此，通常我们把汇编代码放到CPP的宏定义里面，或者定义成inline函数，这样就可以方便的就像使用C函数或宏一样使用这些代码。Inline函数和宏非常相似，不过inline函数比较起后者，使用起来更清晰。

　　GAS

　　GAS是GNU的汇编器，GCC实际上也依赖它。我们可以在任何能下载GCC的地方找到这个实用工具，它通常位于一个名叫binutils的包里面。下面的URL给出了最新的版本：

　　ftp://ftp.varesearch.com/pub/support/hjl/binutils/.

　　GAS是一个支持32-bit的unix环境下的汇编编译器，它使用标准的AT&T语法，它使用标准的m68k编译器的语法，这是UNIX world的标准。这个语法和Intel的语法不一样，如果你适应了这种语法，那么你就会发现它也是很好用的。下面是一些GAS语法的主要特点：

　　· 所有的寄存器的名字都是以“%”最为前缀，所以可能的一些寄存器是%eax，%dl等等，而不是简单的eax，dl等。这样的话可以使得C语言中方便的嵌入一些汇编代码而不会有变量名字方面冲突的担心。

　　· 操作数的顺序也是相反的。例如要把edx寄存器的内容拷贝到eax寄存器里面的话，GAS的语法是：mov %edx,%eax；而Intel平台下的汇编语句是：mov eax,edx。

　　· 操作数的尺寸作为一个后缀加在操作名的后面。B表示(8-bit)byte,w表示(16-bit) word，l表示(32-bit) long。例如，上面例子中正确的语法应该是：movl %edx,%eax。不过，GAS并不需要严格的AT&T语法，所以这个后缀可可以省略的，这时候编译器就自己根据操作数判断或者置为缺省的位宽32-bit。

　　· 立即数需要一个“$”前缀符号，例如：addl $5,%eax。

　　· 如果没有操作数前缀，则表示它是内存地址，例如：movl $foo,%eax，把变量foo的地址送到了%eax寄存器。但是“movl foo,%eax”则把foo变量的内容送到eax寄存器中。

　　已经有一些工具可以帮助你把你的使用Intel汇编语法的源程序转换成AT&T语法，或者做相反的转换。

　　不过，已经有的好消息是Binutils 2.10开始，GAS已经可以支持Intel语法了。

　　16-bit mode

　　Binutils (2.9.1.0.25+) 可以全面支持i386PC体系下的16-bit模式（存储器和寻址）。使用“.code16”和“.code32”来切换汇编模式。

　　还有很多的编译器，我们可以选择，明天再学习把。

　　昨天晚上美国遭到恐怖袭击，去看电视直播去了。拜拜。今天到此。

　　luster@linuxaid.com.cn

　　hwang@ustc.edu

Answer 2

和luster一起学习在linux下使用汇编语言（3）

摘要

　　Netwide Assebler Project计划提供了一个非常好用的 i386汇编器，这个汇编器是用C写的，可以支持很多种对象文件格式。

(2002-08-25 14:28:47)

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By Wing, 出处：作者：luster

　　今天我们接着看看还有其他什么可以选择的汇编编译器：

　　NASM

　　Netwide Assebler Project计划提供了一个非常好用的 i386汇编器，这个汇编器是用C写的，可以支持很多种对象文件格式。

　　我们可以在下面的网址获得nasm最新的版本：

　　http://nasm.2y.net, http://www.cryogen.com/nasm/

　　语法还是使用的Intel方式的，集成了很好的对宏指令的支持。支持的object文件格式有：bin,a.out,coff,elf,as86,obj(DOS),win32,rdf等。NASM可以用作免费的

　　LCC编译器的backend。

　　除非你使用16-bit的编译器BCC，否则，你可以很好的使用NASM，而不必要去使用其他的AS86或者MASM，因为NASM在几乎所有的平台上都可以很好的运行。另外，它还有一个反汇编程序，名字叫NDISASM。

　　NASM是用的是一个人工编写语法分析器，比GAS速度要快。如果你喜欢用Intel风格的语法，而不习惯GAS的语法，那么NASM是你最好的选择了。

　　AS86

　　AS86是一个支持80x86的汇编编译器，同时支持16-bit和32-bit，也有集成的对宏指令的支持。在寻址表示方面有点区别外，其他语法都是何Intel的语法一样的。最新的版本可以在下面的网址获得：

　　http://www.cix.co.uk/~mayday/,

　　下面是个例子，是一个GNU Makefile里面，使用BCC来讲.s asm文件编译成aout .o 的目标文件和 .l 的listing文件：

%.o %.l: %.s bcc -3 -G -c -A-d -A-l –A$*.l -o $*.o $<

　　如果你不需要listing文件，就把“%.l,-A –l”和”－A$* .l”删除。如果你想编译成其他的东西，而不是a.out文件，那么可以修改BCC的参数。

　　其他汇编器

　　还有很多的可以使用的汇编器。下面列举几个，供大家参考：

　　Free Pascal

　　Free Pascal 集成了一个32-bit的汇编器。

　　Win32Forth assembler

　　Win32Forth是一个免费的32-bit的ASN FORTH系统,可以在Win32s,Win95,WinNT下正常使用。它包括了一个32-bit的汇编器，这个编译器嵌入到了FORTH语言当中了。可以在下面的站点下载：

　　ftp://ftp.forth.org/pub/Forth/Compilers/native/windows/Win32For/.

　　SHASM

　　SHASM是用GNU Bash Version 2编写的一个汇编器，可以在其他unix-style的“shell”命令解释器下运行。可以在下面的网址下载最新版本：

　　ftp://linux01.gwdg.de/pub/cLIeNUX/interim/shasm.TGZ

　　TDASM

　　TDASM是Table Driven Assembler的，可以对各种版本的汇编语言做交叉编译。可以到下面的网站下载：

　　http://www.penguin.cz/~niki/tdasm/

　　Terse

　　Terse是一个编程工具，它为x86系列提供了最紧凑的汇编语法编译。详细情况参考：

　　http://www.terse.com/

　　HLA

　　HLA 是a High Level Assembly language的缩写。它的变量声明、过程声明、过程调用等都使用高级语言类似的语法）例如使用与Pascal,C/C++类似的语法）。HLA是免费的，不过只能在Win32下面使用。访问下面的网站可以获得更多的资料：

　　http://webster.cs.ucr.edu/

　　TALC

　　TALC 是另外一个基于MASM/Win32地免费的编译器。TAL是Typed Assembly Language的缩写。可以访问下面的网站：

　　http://www.cs.cornell.edu/talc/

　　待续。。。

　　luster@linuxaid.com.cn

　　hwang@ustc.edu

Answer 3

和luster一起学习在linux下使用汇编语言（4）

摘要

　　汇编代码编写程序是非常枯燥的,但是通常是程序的一些关键的部分. 你应该根据自己的任务选择合适的开发工具,

(2002-08-25 14:28:53)

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By Wing, 出处：作者：luster

　　4. Metaprogramming

　　汇编代码编写程序是非常枯燥的,但是通常是程序的一些关键的部分. 你应该根据自己的任务选择合适的开发工具, 如果不适合用汇编的场合最好还是别用, C, Ocaml, perl, Scheme, 都是其他可以选择使用的好的开发工具. 但是, 某些场合这些开发工具可能不能提供足够的对机器的控制能力, 此时, 汇编语言就可以发挥作用了.这些场合,你常常学要结合macroprocessing和metaprogramming. 纯粹的汇编代码通常是不够用的, 你要把自己的代码和C 语言代码link起来.

　　External filters

　　无论你的汇编器支持怎么样的宏,或者你使用什么样的语言(例如C), 这种语言应该对于你来说是足够清晰的,你可以在Makefile里面使用这样的规则来用一些扩展的filters来过滤你的文件:

%.s: %.S other_dependencies $(FILTER) $(FILTER_OPTIONS) < $< >; $@

　　Metaprogramming

　　不使用扩展的filter来展开这些宏,也可以写一些程序来产生其他的程序的一部分或者全部.

　　例如,你可以使用程序来输出一些源码:

　　· 产生标准的数学函数sin/cos等数学函数值查找表.

　　· 将我们的bitmap图片文件快速显示的函数

　　· 用自己写的perl/shell/scheme脚本来产生一些我们自己的特定的汇编代码.

　　· 用程序来生产初始化和结束处理的代码,对数据表的描述代码等.

　　· 等等

　　待续。。。

Answer 4

和luster一起学习在linux下使用汇编语言（5）

摘要

　　好吧，我们已经铺垫了很多东西了，而且看上去用汇编写程序似乎是一个非常恐怖的事情了。不过既然我们感兴趣，还是应该开始我们的“hello world”程序。

(2002-08-25 14:29:00)

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By Wing, 出处：作者：luster

　　5. 我们开始写hello world吧

　　好吧，我们已经铺垫了很多东西了，而且看上去用汇编写程序似乎是一个非常恐怖的事情了。不过既然我们感兴趣，还是应该开始我们的“hello world”程序。

　　下面的代码中，我们准备采取直接使用内核中的系统调用的方法，这是调用系统内核服务的最快的方法，我们的代码不链接到其他函数库，也不使用ELF解释器，而是直接和内核通讯。

　　我们分别使用nasm和gas两种汇编器来编译我们的程序，这样我们可以看到Intel和AT&T两种语法格式了。

　　使用的工具

　　当然首先我们需要汇编编译器nasm和gas。然后我们需要链接器－ld，因为汇编编译器是生成的只是object代码。一般的发行包的binutils里面包括了gas和ld这两个实用工具。而对于大多数的发行包（例如，Debian,SuSe,Mandrake）都有nasm。

Hello, world!

　　Linux是一个32位的，运行在保护模式下的操作系统，使用的是flat memory 模式，使用ELF格式的二进制代码。

　　一个程序可以划分为下面几个部分： .text，.data，.bss。.text是一些只读的代码，.data是可读可写的数据区，.bss则是可读可写的没有初始化的数据区。当然可以有其他一些标准的部分，也可以使用户自己定义的sections，但是我们这里不关心。一个程序至少有.text部分。

　　下面就是我们的第一个程序“hello,world”。我们给出两个版本，分别是nasm和gas两种。

NASM (hello.asm)
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section .data ;section declarationmsg db "Hello, world!",
0xa ;our dear stringlen equ $ - msg ;length of our dear stringsection .text ;
section declaration ;we must export the entry point to the ELF linker
or global _start ;loader. They conventionally recognize _start as their ;
entry point. Use ld -e foo to override the default._start:;write our string
to stdout mov edx,len ;third argument: message length mov ecx,msg ;second
argument: pointer to message to write mov ebx,1 ;first argument: file handle
(stdout) mov eax,4 ;system call number (sys_write) int 0x80 ;call kernel;
and exit mov ebx,0 ;first syscall argument: exit code mov eax,1 ;system
call number (sys_exit) int 0x80 ;
call kernel
GAS (hello.S)
--------------
.data # section declarationmsg: .string "Hello, world! "
# our dear string len = . - msg # length of our dear string.text
# section declaration # we must export the entry point to the ELF linker or
.global _start # loader. They conventionally recognize _start as their
# entry point. Use ld -e foo to override the default._start:
# write our string to stdout movl $len,%edx # third argument:
message length movl $msg,%ecx # second argument: pointer to message to
write movl $1,%ebx # first argument: file handle (stdout) movl $4,%eax
# system call number (sys_write) int $0x80 # call kernel# and exit movl
$0,%ebx # first argument: exit code movl $1,%eax # system call number
(sys_exit) int $0x80 # call kernel

　　建立可运行的程序

　　要生成一个可执行的代码，首先就是用源代码编译生产一个object文件。

　　对于nasm，下面的语法：

$ nasm -f elf hello.asm

　　而对于gas，而用下面的语法：

$ as -o hello.o hello.S

　　这样就得到了hello.o这个object文件了。

　　然后我们就要使用这个object文件来生成可执行代码。这里使用链接器链接：

$ ld -s -o hello hello.o

　　这样我们就获得了我们的可以执行的代码“hello,world”。

　　我们的学习就告一段落了。更多的信息可以去参考：

　　http://linuxassembly.org/list

　　by Luster(luster@linuxaid.com.cn)

　　2001/9/21

Answer 5

网上关于AT&T汇编的资料也就这些,你说的也就这些,还不是一个样子,just add some english informations,just so so !

Answer 6

对汇编很感兴趣，但是感觉汇编有点难，
看了一下，有一点不明白：

　　· 如果没有操作数前缀，则表示它是内存地址，例如：movl $foo,%eax，把变量foo的地址送到了%eax寄存器。但是“movl foo,%eax”则把foo变量的内容送到eax寄存器中。

movl $foo,%eax
是不是把foo这个数送到%eax？

谢谢！！

Answer 7

怎么没有转完全啊，而且代码格式也有点乱