Ассемблер в Unix — Архив WASM.RU

Все статьи

Ассемблер в Unix — Архив WASM.RU

#Введение

Так исторически сложилось, что программирование на ассемблере под unix почти не востребовано, и занимаются им только кодеры-маньяки, дзен-буддисты и прочие настоящие ассемблерщики.

Настоящий ассемблерщик - зверь крайне редкий, практически нигде и не встретишь его, разве что в заповеднике - wasm.ru. Unix-ассемблерщик еще более редкий подвид, практически вымерший, если не считать, западный, linuxassembly.org.

Для исправления такой плачевной ситуации, и была написана эта статья, а точнее цикл статей, которые по задумке автора, должны привлечь в ряды адептов-юникс-дзена множество новых членов.

В первой части (которую вы сейчас читаете) я имею честь познакомить вас с прекрасным миром unix-программирования, что выльется в написание простейшего helloworld. В следующей части - мы разберем несколько, более сложных примеров. И под конец, наверное, будет программирование под x-windows.

#Инструменты

Для нормально функционирования нам понадобятся следующие вещи:

  1. Собственно какая-либо unix-совместимая ось. (например linux, или лучше FreeBSD ),
  2. Компилятор fasm. ( www.flatassembler.net )
  3. Линкер ld ( есть почти в любом дистрибутиве unix ),
  4. Особый склад ума, причем последнее - самое главное. Если у вас этого нет, то ни один, даже самый последний RedHat на пару со свежим fasm'ом вам не поможет.

И еще, о компиляторах - в unix обычно используются AS с AT&T синтаксисом, который для многих людей, выросших на tasm'е и masm'е, кажется полной абракадаброй. Поэтому, для начала, мы будем использовать привычные компиляторы с Intel'овским синтаксисом (fasm или nasm). Хотя позже, если найдутся желающие, можно будет рассмотреть и AT&T asm.

#Общие сведения

Unix, который мы будем использовать - 32 битная система, работающая в защищенном режиме, и использующая плоскую модель памяти.

Как и большинство операционных систем, Unix предоставляет программе набор различных функций (по другому - Api). Но, в отличие от, например, WinAPI, где вызовы производятся с помощью call'ов, в unix - больше свободы: можно вызывать функция ядра напрямую, а можно использовать многочисленные библиотеки. Рассмотрим для начала первый способ.

Системный вызов производится с помощью прерывания 0x80 (чаще всего). К сожалению, (а может и к счастью) существует несколько конвенций вызова, что приводит к несовместимости кода между многими unix-like осями. Я рассмотрю только две, самые популярные платформы: Linux и *BSD.

FreeBSD (а также OpenBSD и NetBSD)

Эта система использует традиционную unix конвенцию вызова: номер функции помещается в eax, параметры в стек, вызов производится с помощью функции содержащей int 0x80, а результат возвращается в eax.
Наверное, понятнее будет, если рассмотреть это на примере:

 sys_call:
int 0x80
ret
start:
push msg_len ; размер строки
push msg ; адрес строки
push 1 ; stdout
mov eax,4 ; номер системной функции - sys_write
call sys_call
add esp,4*3 ; очищаем за собой стек

Впрочем, от функции sys_call можно отказаться, достаточно просто помещать в стек лишний dword:

start:
push msg_len ; размер строки
push msg ; адрес строки
push 1 ; stdout
mov eax,4 ; номер системной функции - sys_write
push eax ; все что угодно
int 0x80
add esp,4*3 ; очищаем за собой стек

Также FreeBSD поддерживает конвенцию вызова, применяемую в linux. Для это необходимо включить linux emulation. Еще эта эмуляция потребуется для запуска fasm. А еще нужна утилита brandelf (наверняка она у вас есть). Дело в том, что пока не существует версии fasm’а конкретно для BSD систем. Но это легко исправить, вот так:

Brandelf –t Linux fasm

Если это не сработает (а такое возможно из-за не совместимости форматов), придется перекомпилировать fasm, заменив формат файла “format PE executable” на простой “format ELF”, а потом слинковать ld.

 

Linux
В линуксе используется fastcall конвенция. Номер функции, все так же,
помещается в eax, а вот параметры, вместо стека, помещаются в регистры. Пример:

              mov  edx,msg_len
mov ecx,msg
mov ebx,1
mov eax,4
int 0x80

Порядок размещения параметров такой:

№ параметра Регистры
1
ebx
2 ecx
3 edx
4
esi
5
edi
6 ebp

Как видите максимальное количество параметров - 6. Если их больше,
приходиться помещать все параметры в структуру и передавать ее адрес в ebx.

 

#Описание системных функций

После того как вы разобрались с вызовом функций, будет логичным вопрос: "А где взять описание этих самых функций?".

Ничего похожего на msdn, в unix среде к сожалению не существует, но не нужно забывать: unix - система с открытым исходном кодом и все нужное, можно найти там.

Для linux:
arch/i386/kernel/entry.S
include/asm-i386/unistd.h
include/linux/sys.h
Для FreeBSD:
i386/i386/exception.s
i386/i386/trap.c
sys/syscall.h

Для каждой функции можно посмотреть описание, используя man(2).

 

#Пример программы. Hello world

Пришло время написать, тот самый, жутко всем надоевший - HelloWorld.

Я приведу пример только FreeBSD версии, переписать это под linux - будет вашим домашним заданием. (для самых ленивых - см. примеры к статье)

------------------[cut]-----------------------------------

format ELF 
section '.text' executable 
public _start
_start: 
              push msg_len   ; size of message             
              push msg       ; offset of message 
              push 1         ; stdout
              mov  eax,4     ; 4 =  sys_write
              push eax       
              int  0x80      
              add  esp,4*3   ; очищаем за собой стэк

              xor  eax,eax
              push eax       ; код выхода
              inc  eax       ; 1 = sys_exit
              int  0x80               

section '.data' writeable 

              msg db "Hello world",0
              msg_len = $-msg

------------------[end cut]-------------------------------
  

Сборка.
Сначала скомпилируем файл, вот так:

  fasm hello.asm hello.o

А потом слинкуем:

  ld -o hello hello.o

А теперь посмотрите на размер. 600 байт, впечатляет?! ( размер можно еще очень сильно уменьшить, но об этом, как-нибудь в другой раз)

 

#Использование библиотеки libc

Некрасивый и совсем не дзенский способ, но все же мы его рассмотрим - для полноты картины.

Итак, libc (c library) - это стандартная библиотека с для UNIX. Она содержит в себе кучу полезных функций, типа printf, и используется почти во всех обычных программах (кстати сказать, многие функции этой библиотеки - простые обертки над вызовами ядра).

В FASMе существуют удобные макросы, для вызова си функций..., но я не буду их использовать, отдав предпочтение чистому ассемблеру.

Пример:


------------------[cut]-----------------------------------
format ELF
section '.text' executable

extrn printf

public main
main:
        push msg
        call printf
        add  esp,4
        ret

section '.data' writeable

        msg db "Hello world!\n",0 
------------------[end cut]-------------------------------
  

Компилируется это дело так:

   fasm hellolib.asm hellolib.o
   gcc -o hellolib hellolib.o

Заключение.

Ну вот вы и написали свою первую программу на ассемблере под UNIX.

Все на много проще чем кажется, неправда ли?

Eсли у вас возникнут какие-либо вопросы, пишите мне на adain@mail.ru, или на форум WASM.RU.

До встречи.

Примеры к статье.

2002-2013 (c) wasm.ru