我编写了成功编译的汇编代码:
as power.s -o power.o
然而,当我尝试链接对象文件时,它失败了:
ld power.o -o power
为了在64位操作系统(Ubuntu 14.04)上运行,我在power.s
文件的开头添加了.code32
,但我仍然收到错误:
分段故障(核心转储)
power.s
:
.code32
.section .data
.section .text
.global _start
_start:
pushl $3
pushl $2
call power
addl $8, %esp
pushl %eax
pushl $2
pushl $5
call power
addl $8, %esp
popl %ebx
addl %eax, %ebx
movl $1, %eax
int $0x80
.type power, @function
power:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $4, %esp
movl 8(%ebp), %ebx
movl 12(%ebp), %ecx
movl %ebx, -4(%ebp)
power_loop_start:
cmpl $1, %ecx
je end_power
movl -4(%ebp), %eax
imull %ebx, %eax
movl %eax, -4(%ebp)
decl %ecx
jmp power_loop_start
end_power:
movl -4(%ebp), %eax
movl %ebp, %esp
popl %ebp
ret
TL:DR:使用gcc -m32 -static -nostdlib foo.S
(或等效的as和ld选项)
或者,如果您没有定义自己的_start
,只定义gcc -m32 -no-pie foo.S
如果链接libc,或者您的发行版包/usr/lib32/libc.so
、/usr/lib32/libstdc++.so
等等,您可能需要安装gcc-multilib
。但是,如果您定义了自己的_start
而不链接库,则不需要库包,只需要一个支持32位进程和系统调用的内核。这包括大多数发行版,但不包括Linux v1的Windows子系统。
不使用.code32
.code32
不会更改输出文件格式,这决定了程序的运行模式。您可以不尝试在64位模式下运行32位代码。.code32
用于组装具有一些16位和32位代码的内核,以及类似的东西。如果你不是这样做的,请避免它,这样当你以错误的模式构建.S
时,如果它有任何push
或pop
指令,就会出现构建时错误。.code32
只允许您创建令人困惑的调试运行时问题,而不是构建时错误。
建议:手写汇编程序使用.S
扩展。(gcc -c foo.S
将在as
之前通过C预处理器运行它,因此您可以为系统调用编号#include <sys/syscall.h>
)。此外,它还将其与.s
编译器输出(来自gcc foo.c -O3 -S
)区分开来。
要构建32位二进制文件,请使用以下命令之一
gcc -g foo.S -o foo -m32 -nostdlib -static # static binary with absolutely no libraries or startup code
# -nostdlib still dynamically links when Linux where PIE is the default, or on OS X
gcc -g foo.S -o foo -m32 -no-pie # dynamic binary including the startup boilerplate code.
# Use with code that defines a main(), not a _start
nostdlib
、-nostartfiles
和-static
的文档。
使用_start
中的libc函数(有关示例,请参阅本答案的末尾)
一些函数,如malloc(3)
,或包括printf(3)
在内的stdio函数,取决于正在初始化的一些全局数据(例如FILE *stdout
及其实际指向的对象)。
gcc -nostartfiles
省略了CRT_start
样板代码,但仍然链接libc
(默认情况下是动态的)。在Linux上,共享库可以有初始化器部分,这些部分由动态链接器在加载时运行,然后再跳转到_start
入口点所以gcc -nostartfiles hello.S
仍然允许您调用printf
。对于动态可执行文件,内核在其上运行/lib/ld-linux.so.2
,而不是直接运行(使用readelf -a
查看二进制文件中的"ELF解释器"字符串)。当您的_start
最终运行时,并不是所有寄存器都将为零,因为动态链接器在您的进程中运行了代码。
但是,gcc -nostartfiles -static hello.S
将链接,但如果您在不调用glibc的内部init函数的情况下调用printf
或其他函数,则会在运行时崩溃。(见Michael Petch的评论)。
当然,您可以将.c
、.S
和.o
文件的任意组合放在同一命令行上,将它们全部链接到一个可执行文件中。如果你有任何C,不要忘记-Og -Wall -Wextra
:当问题是C中调用它的简单问题时,编译器本可以警告你,你不想调试你的asm。
使用-v
让gcc向您显示它运行来组装和链接的命令要做到这一点"手动">:
as foo.S -o foo.o -g --32 && # skips the preprocessor
ld -o foo foo.o -m elf_i386
file foo
foo: ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 (SYSV), statically linked, not stripped
gcc -nostdlib -m32
比as和ld的两个不同选项(--32
和-m elf_i386
)更容易记忆和键入。此外,它适用于所有平台,包括可执行格式不是ELF的平台。(但是Linux示例在OS X上不起作用,因为系统调用号不同,或者在Windows上不起,因为它甚至不使用int 0x80
ABI。)
NASM/YASM
gcc无法处理NASM语法。(-masm=intel
更像MASM,而不是NASM语法,在NASM语法中,您需要offset symbol
来获得作为立即数的地址)。当然,指令是不同的(例如.globl
与global
)。
您可以使用nasm
或yasm
构建,然后如上所述将.o
与gcc
链接,或者直接链接ld
。
我使用包装脚本来避免重复键入具有三个不同扩展名的相同文件名。(nasm和yasm默认为file.asm
->file.o
,与GNU的默认输出a.out
不同)。将其与-m32
一起使用,以组装和链接32位ELF可执行文件。并非所有操作系统都使用ELF,因此该脚本的可移植性不如使用gcc -nostdlib -m32
链接。
#!/bin/bash
# usage: asm-link [-q] [-m32] foo.asm [assembler options ...]
# Just use a Makefile for anything non-trivial. This script is intentionally minimal and doesn't handle multiple source files
# Copyright 2020 Peter Cordes. Public domain. If it breaks, you get to keep both pieces
verbose=1 # defaults
fmt=-felf64
#ldopt=-melf_i386
ldlib=()
linker=ld
#dld=/lib64/ld-linux-x86-64.so.2
while getopts 'Gdsphl:m:nvqzN' opt; do
case "$opt" in
m) if [ "m$OPTARG" = "m32" ]; then
fmt=-felf32
ldopt=-melf_i386
#dld=/lib/ld-linux.so.2 # FIXME: handle linker=gcc non-static executable
fi
if [ "m$OPTARG" = "mx32" ]; then
fmt=-felfx32
ldopt=-melf32_x86_64
fi
;;
# -static
l) linker="gcc -no-pie -fno-plt -nostartfiles"; ldlib+=("-l$OPTARG");;
p) linker="gcc -pie -fno-plt -nostartfiles"; ldlib+=("-pie");;
h) ldlib+=("-Ttext=0x200800000");; # symbol addresses outside the low 32. data and bss go in range of text
# strace -e raw=write will show the numeric address
G) nodebug=1;; # .label: doesn't break up objdump output
d) disas=1;;
s) runsize=1;;
n) use_nasm=1 ;;
q) verbose=0 ;;
v) verbose=1 ;;
z) ldlib+=("-zexecstack") ;;
N) ldlib+=("-N") ;; # --omagic = read+write text section
esac
done
shift "$((OPTIND-1))" # Shift off the options and optional --
src=$1
base=${src%.*}
shift
#if [[ ${#ldlib[@]} -gt 0 ]]; then
# ldlib+=("--dynamic-linker" "$dld")
#ldlib=("-static" "${ldlib[@]}")
#fi
set -e
if (($use_nasm)); then
# (($nodebug)) || dbg="-g -Fdwarf" # breaks objdump disassembly, and .labels are included anyway
( (($verbose)) && set -x # print commands as they're run, like make
nasm "$fmt" -Worphan-labels $dbg "$src" "$@" &&
$linker $ldopt -o "$base" "$base.o" "${ldlib[@]}")
else
(($nodebug)) || dbg="-gdwarf2"
( (($verbose)) && set -x # print commands as they're run, like make
yasm "$fmt" -Worphan-labels $dbg "$src" "$@" &&
$linker $ldopt -o "$base" "$base.o" "${ldlib[@]}" )
fi
# yasm -gdwarf2 includes even .local labels so they show up in objdump output
# nasm defaults to that behaviour of including even .local labels
# nasm defaults to STABS debugging format, but -g is not the default
if (($disas));then
objdump -drwC -Mintel "$base"
fi
if (($runsize));then
size $base
fi
我更喜欢YASM有几个原因,包括它默认为长nop
s,而不是用许多单字节nop
s填充。这会导致混乱的反汇编输出,并且如果nop运行的话会更慢。(在NASM中,您必须使用smartalign
宏包。)
然而,YASM已经有一段时间没有维护了,只有NASM支持AVX512;这些天我更多的只是使用NASM。
示例:使用_start中的libc函数的程序
# hello32.S
#include <asm/unistd_32.h> // syscall numbers. only #defines, no C declarations left after CPP to cause asm syntax errors
.text
#.global main # uncomment these to let this code work as _start, or as main called by glibc _start
#main:
#.weak _start
.global _start
_start:
mov $__NR_gettimeofday, %eax # make a syscall that we can see in strace output so we know when we get here
int $0x80
push %esp
push $print_fmt
call printf
#xor %ebx,%ebx # _exit(0)
#mov $__NR_exit_group, %eax # same as glibc's _exit(2) wrapper
#int $0x80 # won't flush the stdio buffer
movl $0, (%esp) # reuse the stack slots we set up for printf, instead of popping
call exit # exit(3) does an fflush and other cleanup
#add $8, %esp # pop the space reserved by the two pushes
#ret # only works in main, not _start
.section .rodata
print_fmt: .asciz "Hello, World!n%%esp at startup = %#lxn"
$ gcc -m32 -nostdlib hello32.S
/tmp/ccHNGx24.o: In function `_start':
(.text+0x7): undefined reference to `printf'
...
$ gcc -m32 hello32.S
/tmp/ccQ4SOR8.o: In function `_start':
(.text+0x0): multiple definition of `_start'
...
在运行时失败,因为没有任何东西调用glibc init函数。(根据Michael Petch的评论,__libc_init_first
、__dl_tls_setup
和__libc_csu_init
按此顺序排列。还存在其他libc
实现,包括设计用于静态链接且无需初始化调用即可工作的MUSL。)
$ gcc -m32 -nostartfiles -static hello32.S # fails at run-time
$ file a.out
a.out: ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 (GNU/Linux), statically linked, BuildID[sha1]=ef4b74b1c29618d89ad60dbc6f9517d7cdec3236, not stripped
$ strace -s128 ./a.out
execve("./a.out", ["./a.out"], [/* 70 vars */]) = 0
[ Process PID=29681 runs in 32 bit mode. ]
gettimeofday(NULL, NULL) = 0
--- SIGSEGV {si_signo=SIGSEGV, si_code=SI_KERNEL, si_addr=0} ---
+++ killed by SIGSEGV (core dumped) +++
Segmentation fault (core dumped)
您还可以运行gdb ./a.out
、b _start
、layout reg
、run
,看看会发生什么。
$ gcc -m32 -nostartfiles hello32.S # Correct command line
$ file a.out
a.out: ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib/ld-linux.so.2, BuildID[sha1]=7b0a731f9b24a77bee41c13ec562ba2a459d91c7, not stripped
$ ./a.out
Hello, World!
%esp at startup = 0xffdf7460
$ ltrace -s128 ./a.out > /dev/null
printf("Hello, World!n%%esp at startup = %#lxn", 0xff937510) = 43 # note the different address: Address-space layout randomization at work
exit(0 <no return ...>
+++ exited (status 0) +++
$ strace -s128 ./a.out > /dev/null # redirect stdout so we don't see a mix of normal output and trace output
execve("./a.out", ["./a.out"], [/* 70 vars */]) = 0
[ Process PID=29729 runs in 32 bit mode. ]
brk(0) = 0x834e000
access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory)
.... more syscalls from dynamic linker code
open("/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
mmap2(NULL, 1814236, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0xfffffffff7556000 # map the executable text section of the library
... more stuff
# end of dynamic linker's code, finally jumps to our _start
gettimeofday({1461874556, 431117}, NULL) = 0
fstat64(1, {st_mode=S_IFCHR|0666, st_rdev=makedev(1, 3), ...}) = 0 # stdio is figuring out whether stdout is a terminal or not
ioctl(1, SNDCTL_TMR_TIMEBASE or SNDRV_TIMER_IOCTL_NEXT_DEVICE or TCGETS, 0xff938870) = -1 ENOTTY (Inappropriate ioctl for device)
mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xfffffffff7743000 # 4k buffer for stdout
write(1, "Hello, World!n%esp at startup = 0xff938fb0n", 43) = 43
exit_group(0) = ?
+++ exited with 0 +++
如果我们使用_exit(0)
,或者让sys_exit
系统用int 0x80
调用我们自己,write(2)
就不会发生。当stdout重定向到非tty时,它默认为全缓冲(而非行缓冲),因此write(2)
仅由作为exit(3)
一部分的fflush(3)
触发。如果没有重定向,使用包含换行符的字符串调用printf(3)
将立即刷新。
根据stdout是否是一个终端采取不同的行为可能是可取的,但前提是您这样做是有意的,而不是错误的。
我正在学习x86汇编(在64位Ubuntu 18.04上),并在使用完全相同的示例时遇到了类似的问题(来自第4章中的从头开始编程[http://savannah.nongnu.org/projects/pgubook/])。
在四处寻找后,我发现以下两条线组装并连接起来:
as power.s -o power.o --32
ld power.o -o power -m elf_i386
它们告诉计算机,您只能使用32位(尽管使用64位体系结构)。
如果要使用gdb debugging
,请使用汇编行:
as --gstabs power.s -o power.o --32.
.code32似乎没有必要。
我还没有按照你的方式尝试过,但gnu汇编程序(gas)似乎也可以:
.globl-start
#(也就是说,全局中没有"a")。
此外,我建议您可能希望保留原始代码中的注释,因为似乎建议在汇编中大量注释。(即使你是唯一一个查看代码的人,如果你在几个月或几年后查看它,也会更容易弄清楚你在做什么。)
如果知道如何将其更改为使用64-bit R*X
和RBP
、RSP
寄存器,那就太好了。