assembler_na_primeraxbazovyy_kurs_rudolf_marek

Глава 12. Программирование в Linux

(current)

Loading debugging symbols...(no symbols found) ald>

Как и в любом другом отладчике, важнейшей из всех команд для нас явля­ ется команда пошагового прохождения программы. В ALD она назыавется s (step). Она выполняет одну команду программы и возвращает управление отладчику:

ald> s

еах = 0x00000000 ebx = 0x00000000 есх = 0x00000000 edx = 0x00000000 esp = 0xBFFFF8CC ebp = 0x00000000 esi = 0x00000000 edi = 0x00000000 ds = 0x0000002B es = 0x0000002B fs = 0x00000000 gs = 0x00000000

ss = 0x0000002B cs = 0x00000023 eip = 0x08048082 eflags =0x000000346

Следующая команда, которая будет выполнена, — pop edx. Она расположена в памяти по адресу 0x8048082. В регистре признаков установлен флаг нуля — ZF (остальные флаги нам не нужны). Чтобы снова выполнить последнюю введенную команду (в нашем случае s), просто нажмите «Enter». Выполняйте пошаговое прохождение, пока не дойдете до команды int 0x80, которая про­ читает строку со стандартного ввода (ЕАХ = 0x00000003):

ald>

еах = 0x00000003 ebx = 0x00000000 есх = 0х080490С8 edx = OxOOOOOOOA esp = 0xBFFFF8D0 ebp = 0x00000000 esi = 0x00000000 edi = 0x00000000 ds = 0x0000002B es = 0x0000002B fs = 0x00000000 gs = 0x00000000

ss = 0x0000002B cs = 0x00000023 eip = 0x0804808D eflags =0x00000346

Значение регистра EDX (OxOOOOOOOA = lOd) ограничивает максимальную длину строки 10 символами. В ЕСХ находится указатель на область памяти, в которую будет записана прочитанная строка. Мы можем просмотреть со­ держимое памяти с помощью команды е (examine): e есх:

ald> e есх

Dumping 64 bytes of memory starting at 0x080490C8 in hex 080490C8: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

080490D8: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 080490E8: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 080490F8: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

213

Ассемблер на примерах. Базовый курс

Теперь снова введем команду отладчика s — этим мы выполним команду про­ граммы int 0x80. Программа будет ждать, пока вы введете строку и нажмете «Enter». Сейчас снова введите е есх — посмотрим, что за строку мы ввели:

ald> e есх

Dumping 64 bytes of memory starting at 0x080490C8 in hex 080490CS: 61 73 6D 20 72 75 6C 65 7A 0A 00 00 00 00 00 00 asm rulez

Используя команду с, мы можем выполнить оставшуюся часть программы без остановок. Она преобразует и выведет строку и снова будет ожидать ввода. Напоминаю, что мы написали программу так, что прервать ее можно только комбинацией клавиш Ctrl+С.

Команда help выводит список всех доступных команд отладчика, a help имя_команды — справку по указанной команде. В табл. 12.3 сведены наиболее полезные команды отладчика ALD.

Отладчик ALD поддерживает установку точек прерывания (они же — кон­ трольные точки, breakpoints). Когда программа во время выполнения «дохо-

214

Глава 12. Программирование в Linux

дит» до точки прерывания, ее выполнение приостанавливается и управление передается отладчику. Таким способом можно проверить значения регистров или памяти в ключевых точках программы без пошагового выполнения.

Последняя на момент перевода книги версия отладчика 0.1.7 уже поддержи­ вает работу с символьной информацией (именами меток и переменных), что очень помогает при отладке больших программ.

Напомним, что символьная информация может быть «упакована» в испол­ няемый файл с помощью ключа -g компилятора nasm. А при использовании Asmutils в файле MCONFIG нужно указать опцию DEBUG=у.

12.15.Ассемблер GAS

Вэтом параграфе мы вкратце рассмотрим «родной» ассемблер мира UNIX — GAS. Он используется вместе с компилятором gcc, когда в коде С-программы есть ассемблерные вставки.

Будучи «заточен» под сотрудничество с gcc, этот ассемблер не имеет развитых средств обработки макросов. Еще один его недостаток: при описании ошибок он очень лаконичен.

Синтаксис GAS заметно отличается от синтаксиса NASM: NASM-подобные (то есть MASM и TASM) компиляторы используют синтаксис Intel, a GAS использует синтаксис AT&T, который ориентирован на отличные от Intel чипы.

Давайте рассмотрим программу «Hello, World!», написанную в синтаксисе AT&T (листинг 12.7).

Листинг 12.7. Программа «Hello, World!», написанная на ассемблере GAS

215

Ассемблер на примерах. Базовый курс

12.16. Свободные источники информации

Если вы заинтересовались программированием на языке ассемблера под Linux, рекомендуем сайт http://linuxassembly.org. Здесь вы найдете не только ссылки на различные программы (компиляторы, редакторы), но и различную документацию по использованию системных вызовов. На этом же сайте вы найдете самый маленький в мире Web-сервер, занимающий всего 514 байтов (ищите httpd.asm).

12.17. Ключи командной строки компилятора

Чаще всего компилятор NASM вызывается со следующими ключами:

216

Компоновка — стыковка ассемблерных программ с программами, написанными на языках высокого уровня

Передача аргументов

Что такое стек-фрейм?

Компоновка с С-программой

Компоновка с Pascal-программой

Ассемблер на примерах. Базовый курс

До сих пор при написании своих программ мы использовали только функции операционной системы, не обращаясь ни к каким библиотекам. В этой главе мы поговорим о «стыковке» нашей программы с программами, написанными на языках высокого уровня, а также с различными библиотеками. Поскольку различных языков высокого уровня очень много, мы ограничимся только языками С и Pascal.

13.1. Передача аргументов

Языки программирования высокого уровня поддерживают два способа пере­ дачи аргументов подпрограммам (функциям, процедурам): по значению и по ссылке. В первом случае значение подпрограммы не может изменить значения переданной переменной, поэтому способ «по значению» служит для передачи данных только в одном направлении: от программы к подпрограмме.

Во втором случае подпрограмма может изменить значение переменной, то есть передать значение в основную программу. Аргументы подпрограмм в языках высокого уровня всегда передаются через стек и никогда — через регистры процессора. Подпрограммы работают с переданными аргументами так, как если бы они были расположены в памяти, то есть как с обычными перемен­ ными — программисту не нужно ни извлекать самостоятельно аргумент из стека, ни помещать его в стек.

С точки зрения программиста на языке ассемблера, подпрограммы вызываются с помощью команды CALL, а возврат из подпрограммы осуществляется с по­ мощью команды RET. Вызову команды CALL обычно предшествуют одна или несколько команд PUSH, которые помещают аргументы в стек. После входа в подпрограмму (то есть после выполнения CALL) в стеке выделяется опреде­ ленное место для временного хранения локальных переменных. Определить позицию аргумента в стеке очень просто, поскольку во время компиляции известен порядок следования аргументов.

Пространство для локальных переменных в стеке выделяется простым умень­ шением указателя вершины стека (E)SP на требуемый размер. Поскольку стек нисходящий, то, уменьшая указатель на вершину стека, мы получаем дополни­ тельное пространство для хранения локальных переменных. Нужно помнить,

218

Глава 13. Компоновка — стыковка ассемблерных программ

что значения локальных переменных при их помещении в стек не определены, поэтому в подпрограмме нужно первым делом их инициализировать.

Перед выходом из подпрограммы нужно освободить стек, увеличив указатель на вершину стека, а затем уже выполнить инструкцию RET.

Различные языки высокого уровня по-разному работают со стеком, поэтому в этой главе мы рассмотрим только С и Паскаль.

13.2. Что такое стек-фрейм?

Доступ к локальным переменным непосредственно через указатель вершины стека (Е) SP не очень удобен, поскольку аргументы могут быть различной длины, что усложняет нашу задачу. Проще сразу после входа в подпрограмму сохранить адрес (смещение) начала стека в некотором регистре и адресовать все параметры и локальные переменные, используя этот регистр. Идеально для этого подходит регистр (Е)ВР.

Исходное значение (Е)ВР сохраняется в стеке после входа в подпрограмму, а в (Е)ВР загружается указатель вершины стека (E)SP. После этого в стеке отводится место для локальных переменных, а переданные аргументы до­ ступны через (Е)ВР.

Рис. 13.1. Распределение стека (stackframe)

219

Ассемблер на примерах. Базовый курс

«Окно» стека, содержащее аргументы, возвращаемое значение, локальные переменные и исходное значение (Е)ВР, называется стек-фреймом.

Чем больше глубина вложенности подпрограммы (то есть количество под­ программ, вызывающих одна другую), тем больше окон в стеке. Исходное значение (Е)ВР, сохраненное в стеке, указывает на предыдущий стек-фрейм. Получается связный список окон, который при отладке служит для отслежи­ вания вызовов функций.

13.2.1. Стек-фрейм в языке С (32-битная версия)

Рассмотрим передачу аргументов функции в языке С. Следующая программа откомпилирована в 32-битном окружении, а именно в операционной системе Linux:

e = addit(0x55,0xAA);

}

Основная программа передает два значения 0x55 и ОхАА подпрограмме addit, которая их складывает и возвращает сумму. Вот листинг основной программы (функции main) на языке ассемблера:

Функция main первым делом сохраняет исходное значение EBP (указатель на предыдущий фрейм) в стеке. Вторая команда копирует в ЕВР текущее значе­ ние ESP, начиная этим новый фрейм. Две следующие команды, SUB и ADD, отнимают значения 0x18 и 0x8 от указателя вершины стека, выделяя место для локальных переменных. Обратите внимание, что вычитание 8 записано как прибавление отрицательного числа в дополнительном коде.

220

Глава 13. Компоновка — стыковка ассемблерных программ

Аргументы передаются подпрограмме справа налево, то есть обратно тому порядку, в котором они записаны в исходном коде на С. Это сделано для того, чтобы разрешить использование в языке С функций с переменным ко­ личеством аргументов. Пара команд PUSH помещает наши значения (0x55 и ОхАА) в стек. Следующая команда, CALL, вызывает подпрограмму addit.

Рассмотрим окно стека после входа в addit. Сделаем это в табличной форме (см. табл. 13.1).

Вершина стека содержит 32-битный адрес возврата, то есть адрес той команды

втеле вызывающей функции, которая следует сразу после команды CALL. За ним следуют два 32-битных значения — это аргументы, переданные функции addit. Для локальной переменной е зарезервировано место в окне стека, но ее значение пока не определено. За ней следует значение регистра ЕВР, ко­ торое он имел сразу перед вызовом функции main, а за ним — адрес возврата

вбиблиотеку libc, откуда была вызвана функция main. Подробности вызова самой main для нас сейчас не важны.

221

Ассемблер на примерах. Базовый курс

Начало кода addit выглядит точно так же. Сначала она сохраняет в стеке исходное значение ЕВР, указывающее на стек-фрейм функции main. Затем создается новое окно стека для функции addit: в ЕВР загружается значение ESP. Команда SUB резервирует в стеке место для локальной переменной d, которая будет использоваться для хранения суммы а+b. Рассмотрим состояние стека до выполнения первой собственной команды подпрограммы addit, то есть после выполнения команды SUB (табл. 13.2).

Состояние стека до выполнения первой собственной команды подпрограммы addit Таблица 13.2

Как видите, в стеке есть несколько двойных слов (dword) — они используются исключительно для выравнивания памяти по адресам, кратным степени двой­ ки. За ними следует двойное слово, отведенное для переменной d, значение которой пока не определено. После этого следует указатель на окно стека функции main. Далее следуют аргументы подпрограммы addit, место для ло­ кальной переменной функции main и данные для возврата из самой main.

Чтение аргументов функции addit в регистры ЕАХ и EDX выполняют сле­ дующие команды:

Почему программа ищет первый аргумент именно по смещению 0x8? По­ тому что описание стек-фрейма требует, чтобы аргументы подпрограммы начинались на «расстоянии» 8 байтов (то есть два элемента стек-фрейма) от значения ЕВР. Следующий аргумент находится на расстоянии ОхС байтов, то есть 8 + 4 = 12 байтов.

В табл. 13.3 перечислены адреса в стеке ЕВР (смещения относительно ЕВР), важные с точки зрения программиста.

222