把这个程序保存成文件start.s(汇编程序通常以.s作为文件名后缀),用汇编器(Assembler)as把汇编程序中的助记符翻译成机器指令,生成目标文件start.o:
$as start.s -o start.o
然后用链接器(Linker,或Link Editor)ld把目标文件start.o链接成可执行文件start:
$ld start.o -o start
为什么用汇编器翻译成机器指令了还不行,还要有一个链接的步骤呢?
链接主要有两个作用,一是修改目标文件中的信息,对地址做重定位;而是把多个目标文件合并成一个可执行文件。虽然上面的程序只有一个目标文件,但也需要经过链接才能成为可执行文件。
现在执行这个程序,它只做了一件事就是退出,退出状态是4(在Shell中可以用特殊变量$?得到上一条命令的退出状态):
$./start
$echo $?
4
所以这段汇编代码相当于在C程序的main函数中retrun 4;。
下面逐行分析这个汇编程序。首先,#号表示单行注释,类似于C语言的//注释。
.section .data
汇编程序中以.开头的名称并不是指令的助记符,不会被翻译成机器指令,而是给汇编器一些特殊指示,称为汇编指示(Assembler Directive)或伪操作(Pseudo-operation),由于他不是真正的指令所以加个“伪”字。 .section指示把代码划分成若干个段(Section),程序被操作系统加载执行时,每个段被加载到不同的地址,操作系统对不同的页面设置不同的读、写、执行权限。 .data段保存程序的数据,是可读可写的,相当于C程序的全局变量。本程序中没有定义数据,所以.data段是空的。
.section .text
.text段保存代码,是只读和可执行的,后面那些指令都属于.text段。
.globl _start
_start是一个符号(Symbol),符号在汇编程序中代表一个地址,可以用在指令中,汇编程序经过汇编器的处理后,所有的符号都被替换成它所代表的地址值。在C语言中我们通过变量名访问一个变量,其实就是读写某个地址的内存单元,我们通过函数名调用一个函数,其实就是跳到该函数第一条指令所在的地址,所以变量名和函数名都是符号,本质上是代表内存地址的。
.globl只是告诉汇编器,_start这个符号要被链接器用到,所以要在目标文件的符号表中标记它是一个全局符号。start就像C程序的main函数一样特殊,是整个程序的入口,链接器在连接时会查找目标文件中的_start符号代表的地址,把它设置为整个程序的入口地址,所以每个汇编程序都要提供一个_start符号并且用.globl声明。如果一个符号没有用.globl声明,就表示这个符号不会被链接器用到。
_start:
这里定义了_start符号,汇编器在翻译汇编程序是会计算每个数据对象和每条指令的地址,当看到这样一个符号定义时,就把他后面一条指令的地址作为这个符号所代表的地址。而_start这个符号又比较特殊,它所代表的地址是整个程序的入口地址,所以下一条指令movl $1, %eax就成了程序中第一条被执行的指令。
movl $1, %eax
这是一条数据传送指令,这条指令要求CPU内部产生一个数字1并保存到exa寄存器中。mov的后缀l表示long,说明是32位的传送指令。这条指令不要求CPU读内存,1这个数是CPU内部产生的,称为立即数(Immediate)。在汇编程序中,立即数前面要加$,寄存器名前面要加%,以便跟符号名区分开。以后我们会看到mov指令还有另外几种形式,但数据传送方向是一样的,第一个操作数总是源操作数,第二个操作数总是目标操作数。
movl $4, %ebx
和上一条指令类似,生成一个立即数4并保存到ebx寄存器中。
int $0x80
前两条指令都是为这条指令做准备的,执行这条指令时发生以下动作:
1. int指令称为软中断指令,可以用这条指令故意产生一个异常,异常的处理和中断类似,CPU从用户模式切换到特权模式,然后跳转到内核代码中执行异常处理程序。
2. int指令中的立即数0x80是一个参数,在异常处理程序中要根据这个参数决定如何处理,在Linux内核中int $0x80这种异常称为系统调用(System Call)。内核提供了很多系统服务工用户程序使用,但这些系统服务不能像库函数(比如printf())那样调用,因为在执行用户程序时CPU处于用户用户模式,不能直接调用内核函数,所以需要通过系统调用切换CPU模式,经由异常处理程序进入内核,用户程序只能通过寄存器传几个参数,之后就要按内核设计好的代码路线走,而不能由用户程序随心所欲,想调哪个内核函数就调哪个内核函数,这样可以保证系统 服务被安全地调用。在调用结束之后,CPU再切换回用户模式,继续执行int $0x80的下一条指令,在用户程序看来就像函数调用和返回一样。
3. eax和ebx的值是传递给系统调用的两个参数。eax的值是系统调用号,Linux的各种系统调用都是由int $0x80指令引发的,内核需要通过eax判断用户要调哪个系统调用,exit的系统调用号是1。ebx的指示传给exit的参数,表示退出状态。大多数系统调用完成之后会返回用户空间继续执行后面的指令,而exit系统调用比较特殊,它会终止掉当前进程,而不是返回用户空间继续执行。