Ассемблер в Unix
#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:
- Собственно какая-либо unix-совместимая ось. (например linux, или лучше FreeBSD ),
- Компилятор fasm. ( www.flatassembler.net )
- Линкер ld ( есть почти в любом дистрибутиве unix ),
- 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?
До встречи.