Новая папка_2 / Ассемблер на примерах. Базовый курс

Ассемблер на примерах. Базовый курс

Смена текущего каталога (CHDIR)

Для смены текущего каталога используется системный вызов chdir: int. chdir (const char *path) ;

Чтобы в предыдущем примере перейти в только что созданный каталог, до­ пишите перед вызовом макроса sys__exit вызов

sys_chdir name

Определение текущего каталога (GETCWD)

Системный вызов getcwd, возвращающий рабочий каталог, появился в ядре Linux версии 2.0 (он есть и в современных версиях 2.4-2.6). Этот системный вызов принимает два аргумента: первый — это буфер, в который будет записан путь, а второй — количество байтов, которые будут записаны:

long sys_getcwd(char *buf, unsigned long size) Вот фрагмент программы, выводящей текущий каталог:

12.12. Ввод С клавиатуры. Изменение поведения потока стандартного ввода.

Системный вызов lOCTL

в этой главе мы уже рассматривали один способ ввода с клавиатуры — с помощью системного вызова read. Этот системный вызов ожидает нажатия клавиши «Enter» и только после этого возвращает прочитанную строку. Ино­ гда полезно читать символы по одному или не дублировать их на устройство стандартного вывода (например, при вводе пароля). Для изменения поведения потока стандартного ввода служит системный вызов IOCTL.

210

Глава 12. Программирование в Linux

Драйверы устройств не добавляют новых системных вызовов для управления устройствами, а вместо этого регистрируют наборы функций управления, вы­ зываемых через системный вызов IOCTL.

IOCTL — это сокращение от Input/Output Control — управление вводом/ выводом. Чтобы описать все виды IOCTL, нужно написать другую книгу или даже несколько книг, поэтому сосредоточимся только на терминальном вводе/выводе.

В Linux мы можем управлять поведением терминала (то есть клавиатуры и экрана), используя две IOCTL-функции — TCGETS и TCSETS. Первая, TCGETS, получает текущие настройки терминала, а вторая — устанавливает их. Подробное описание обеих функций может быть найдено в man-странице termios.

Структура данных, описывающая поведение терминала, доступна из Asmutils. Если нам нужно читать с клавиатуры символ за символом, не отображая при этом символы на экране, нам нужно изменить два атрибута терминала — ICANON и ECHO. Значение обоих атрибутов нужно установить в 0. Мы прочитаем эти атрибуты с помощью функции TCGETS, изменим значение битовой маски и применим новые атрибуты с помощью функции TCSETS. Для работы с терминалом нам понадобится структура B_STRUC, которая описана в файле system.inc.

К сожалению, более простого способа изменить настройки терминала нет.

12.13. Распределение памяти

При запуске новой программы ядро распределяет для нее память, как указано во время компиляции. Если нам нужна дополнительная память, мы должны попросить ядро нам ее выделить. В отличие от DOS, вместо того, чтобы за­ прашивать новый блок памяти определенного размера, мы просим увеличить секцию .bss (это последняя секция программы, содержащая неинициализиро­ ванные переменные). Ответственность за всю свободную и распределенную в секции .bss память несет сам программист, а не ядро операционной системы.

211

Ассемблер на примерах. Базовый курс

Если мы не хотим использовать С-библиотеку для распределения памяти, мы должны сами программировать управление памятью (проще всего использо­ вать heap.asm из Asmutils).

Системный вызов, предназначенный для увеличения или уменьшения секции

.bss, называется Ьгк:

void * brk(void *end__data_seginent) ;

Ему нужно передать всего один параметр — новый конечный адрес секции

.bss. Функция возвращает последний доступный адрес в секции данных .bss. Чтобы просто получить этот адрес, нужно вызвать эту функцию с нулевым указателем. Обычно Ьгк используется следующим образом:

После этого секция .bss будет увеличена на указанное количество байтов.

12.14.Отладка. Отладчик ALD

вUNIX-подобных операционных системах стандартным инструментом от­ ладки является gdb, но из-за своей громоздкости он больше подходит для отладки программ на языке С, а не на языке ассемблера. В нашем случае лучше использовать более компактный отладчик, разработанный специаль­ но для программ на языке ассемблера — отладчик ALD (Assembly Language Debugger).

Это компактный, быстрый и бесплатный отладчик, распространяющийся по Стандартной Общественной лицензии GNU. Скачать его можно с сайта http://aId.sourceforge.net. Пока он поддерживает только х86-совместимые процессоры и только ELF в качестве формата исполняемых файлов, но вам этого должно хватить.

Давайте рассмотрим работу с ALD на примере нашей программы для преоб­ разования символов из нижнего регистра в верхний.

Запустите отладчик с помощью команды aid:

aid

Assembly Language Debugger 0.1.3 Copyright (C) 2000-2002 Patrick Aiken ald>

Теперь загрузим нашу программу convert:

ald> load convert

echo: ELF Intel 80386 (32 b i t ) , LSB, Executable, Version 1

212

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 еЬх = 0x00000000 есх = 0x00000000 edx = 0x00000000 esp - OxBFFFFSCC ebp - 0x00000000 esi - 0x00000000 edi = 0x00000000 ds - 0x0000002B es - 0x0000002B fs = 0x00000000 gs = 0x00000000

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

Flags: PF ZF TF IF

0 8 0 4 8 0 82 5A pop e d x

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 еЬх = 0x00000000 есх - 0х080490С8 edx = ОхОООООООА esp - 0XBFFFF8D0 ebp - 0x00000000 esi = 0x00000000 edi - 0x00000000 ds = 0x00000023 es - 0x0000002В fs - 0x00000000 gs = 0x00000000

ss = 0X0000002B' cs = 0x00000023 eip = 0x0804808D eflags =0x00000346 Flags: PF ZF TF IF

Значение регистра EDX (ОхОООООООА = 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): е есх:

ald> е есх

Dumping 64 bytes of memory starting at 0x080490C8 in hex

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> е есх

Dumping 64 bytes of memory starting at 0x080490C8 in hex 080490C8: 61 73 6D 20 72 75 6C 65 7A OA 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, а 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 помош^ью 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, а 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).

215

Ассемблер на примерах. Базовый курс

12.16. Свободные источники информации

Если вы заинтересовались программированием на языке ассемблера под Linux, рекомендуем сайт http://!inuxassembly.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

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

спомощью команды CALL, а возврат из подпрограммы осуществляется с по­ мощью команды RET. Вызову команды CALL обычно предшествуют одна или несколько команд PUSH, которые помешают 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.

(E)SP вершина стека

Рис. 13.1. Распределение стека (stackframe)

219