kk Blog —— 通用基础

c与汇编的关系

2012-12-20 15:25:00

_start是汇编程序的入口，main是c程序的入口？
gcc 只是一个外壳而不是真正的编译器，这真的c编译器是/usr/lib/gcc/i486-gun/4.3.2/cc1,gcc调用c编译器、汇编器和链接器完成c 代码的编译链接工作。/usr/lib/gcc/i486-linux-gun/4.3.2/collect2是链接器ld的外壳，它调用ld完成链接。

i main.c被cc1编译成汇编程序/tmp/ccRGDpua.s。
ii 这个汇编程序被as汇编成目标文件/tmp/ccidnZ1d.o
iii 这个目标文件连同另外几个目标文件（crt1.o,crti.o,crtbegin.o,crtend.o,crtn.o)一起链接成可执行文件 main。在链接过程中还用-l，选项指定一些库文件，有libc、libgcc、ligcc_s，其中有些库是共享库，需要动态链接，所以用 -dynamic-linker选项指定动态链接器是/lib/ld-linux.so.2

$ nm /usr/lib/crt1.o
00000000 R  _IO_stdin_used
00000000 D __data_start
                 U __libc_csu_fini
                 U __libc_csu_init
                 U __libc_start_main
00000000 R _fp_hw
00000000 T _start
00000000 W data_start
                 U main

U main 这一行表示main这个符号在crt1.o已经被引用了，但是还没有定义（Undefined），因此需要别的目标文件提供一个定义并且和crt1.o链接在一起。T_start表示在crt1.o中已定义为（text）。

c 程序的入口点其实是crt1.o提供的start，它先做一些初始化工作（启动例程，startup routine），然后调用我们编写的main函数。所以，main函数是程序的入口，不够准确。start才是真正的入口点，而main函数是被 _start调用的。

U __libc_start_main，这个符号在其他几个目标文件中也没有定义，所以链接生成可执行文件之后仍然是个未定义符号。事实上这个符号在 libc中定义，libc是一个共享库，它并不像其他目标文件一样链接到可执行文件main中，而是在运行时做动态链接：
i 操作系统在加载main这个程序时，首先看它有没有需要动态链接的未定义符号。
ii如果需要做动态链接，就查看这个程序指定了哪些共享库，以及用什么动态链接器来做动态链接。我们在链接时用-lc选项指定了共享库libc，用-dynamic-linker /lib/ld-linux.so.2 指定动态链接器，这些信息都会写到可执行文件中。
iii动态连接器加载共享库，在其中查找这些未定义符号的定义，完成链接过程。

c内联汇编

完整的内联汇编格式：

__asm__(asembler template
		:output operands
		: input operands
		: list of clobbered registers
		);

e.g.

#include <stdio.h>
int main(void)
{
	int a=10,b;
	__asm__("movl %1,%%eax\n\t"
			"movl %%eax,%0\n\t"
			:"=r"(b)  //把%0所代表的寄存器的值输出给变量b
			:"r"(a)       //告诉编译器分配一个寄存器保存变量a的值，作为汇编程序的输入，对应%1
			:"%eax"
	);
	printf("result:%d,%d\n",a,b);
	return 0;
}

在64位主机上编译产生32位的目标代码

2012-12-18 14:55:00

64位平台跟32位平台有很大的不同，包括参数传递方式，指令集都有很大的变化，那怎么能够让它正常运行呢？利用 gcc的-m32参数编译产生32位的目标代码，而不是64位的目标代码，因为32位的目标代码可以运行在64位的主机上。

$ gcc -m32 manydots.s -o manydots
$ ./manydots 
How many dots do you want to see? 10
..........
$ file manydots
manydots: ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), for GNU/Linux 2.6.8, not stripped

可以看到，这样就okay了。
实际上，我们还可以分步来做：先汇编，后链接。这样可以减少目标代码的大小，先看看原来的大小。

$ wc -c manydots
6495 manydots

我们分步汇编、链接：

// 这个时候是需要一个默认的_start入口的，如果不指定，会默认设置一个程序入口地址，因为这个时候没有人给我们设置一个真正的入口_start了。
$ sed -i -e "s/main/_start/g" manydots.s 
$ as --32 manydots.s -o manydots.o
$ ld -m elf_i386 manydots.o -o manydots
$ wc -c manydots
1026 manydots
$ echo "6495-1026" | bc 
5469
$ ./manydots 
How many dots do you want to see? 10
..........

可以发现，这样也可以正常工作，不过目标减少了5469个字节。为什么会有这样的效果呢？资料[2]给出了详细的解释，如果感兴趣，可以研究一下。
对了，“as –32 manydots.s -o manydots.o”可以直接用“$ gcc -m32 -c manydots.s -o manydots.o” 来做，他们两个实际上做了同一个事情，你可以通过gcc的–verbose查看：

$ gcc --verbose -m32 -c manydots.s -o manydots.o
Using built-in specs.
Target: x86_64-linux-gnu
Configured with: ../src/configure -v --with-pkgversion='Debian 4.3.1-9' --with-bugurl=file:///usr/share/doc/gcc-4.3/README.Bugs --enable-languages=c,c++,fortran,objc,obj-c++ --prefix=/usr --enable-shared --with-system-zlib --libexecdir=/usr/lib --without-included-gettext --enable-threads=posix --enable-nls --with-gxx-include-dir=/usr/include/c++/4.3 --program-suffix=-4.3 --enable-clocale=gnu --enable-libstdcxx-debug --enable-objc-gc --enable-mpfr --enable-cld --enable-checking=release --build=x86_64-linux-gnu --host=x86_64-linux-gnu --target=x86_64-linux-gnu
Thread model: posix
gcc version 4.3.1 (Debian 4.3.1-9) 
COLLECT_GCC_OPTIONS='-v' '-m32' '-c' '-o' 'manydots.o' '-mtune=generic'
 as -V -Qy --32 -o manydots.o manydots.s
GNU assembler version 2.18.0 (x86_64-linux-gnu) using BFD version (GNU Binutils for Debian) 2.18.0.20080103
COMPILER_PATH=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.3.1/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.3.1/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.3.1/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.3.1/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/
LIBRARY_PATH=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.3.1/32/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.3.1/32/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.3.1/../../../../lib32/:/lib/../lib32/:/usr/lib/../lib32/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.3.1/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.3.1/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.3.1/../../../:/lib/:/usr/lib/
COLLECT_GCC_OPTIONS='-v' '-m32' '-c' '-o' 'manydots.o' '-mtune=generic'

最后总结一下，在64位主机上编译产生32位目标代码的办法：

一、办法一：直接通过gcc汇编、链接

1、确保不要有重复的start入口，把start替换成main
2、用gcc加上-m32参数进行汇编和链接

二、办法二：分步汇编、链接

1、汇编的时候，用gcc加上-m32参数或者用as加上–32参数。
2、在链接的时候，用ld加上-m elf_i386参数。

64位汇编参数传递

2012-11-23 11:12:00

64位汇编

当参数少于7个时，参数从左到右放入寄存器: rdi, rsi, rdx, rcx, r8, r9。
当参数为7个以上时，前 6 个与前面一样，但后面的依次从 “右向左” 放入栈中，即和32位汇编一样。

参数个数大于 7 个的时候
H(a, b, c, d, e, f, g, h);
a->%rdi, b->%rsi, c->%rdx, d->%rcx, e->%r8, f->%r9
h->8(%esp)
g->(%esp)
call H

Linux (and Windows) x86-64 calling conventionhas the first few arguments noton the stack, but in registers instead
See http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf (page 20)
Specifically:
If the class is MEMORY, pass the argument on the stack.
If the class is INTEGER, the next available register of the sequence %rdi, %rsi, %rdx, %rcx, %r8 and %r9 is used.
If the class is SSE, the next available vector register is used, the registers are taken in the order from %xmm0 to %xmm7.
If the class is SSEUP, the eightbyte is passed in the next available eightbyte chunk of the last used vector register.
If the class is X87, X87UP or COMPLEX_X87, it is passed in memory.
The INTEGERclass is anything that will fit in a general purpose register

【x86_64 Assembler Calling Convention】

1、x86_64 registers

2、x86_64寄存器特性表

3、特性要点：

　　1）常用寄存器有16个，分为x86通用寄存器以及r8-r15寄存器。
　　2）通用寄存器中，函数执行前后必须保持原始的寄存器有3个：是rbx、rbp、rsp。rx寄存器中，最后4个必须保持原值：r12、r13、r14、r15。
保持原值的意义是为了让当前函数有可信任的寄存器，减小在函数调用过程中的保存&恢复操作。除了rbp、rsp用于特定用途外，其余5个寄存器可随意使用。
　　3）通用寄存器中，不必假设保存值可随意使用的寄存器有5个：是rax、rcx、rdx、rdi、rsi。其中rax用于第一个返回寄存器（当然也可以用于其它用途），rdx用于第二个返回寄存器（在调用函数时也用于第三个参数寄存器）。rcx用于第四个参数。rdi用于第一个参数。rsi用于第二个函数参数。
　　4）r8、r9分配用于第5、第6个参数。

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