《linux 内核完全剖析》 chapter 3 内核编程语言和环境

 内核编程语言和环境

汇编语言部分：

栈帧结构

            单个函数调用操作所使用的栈部分被称作stack frame栈帧结构。如图。栈帧结构的两端用两个指针来指定(其实我觉得应该是一个栈顶固定，然后一个寻址移动。)寄存器ebp通常做帧指针frame pointer。而esp则做栈指针stack pointer。

1．前缀

    在Intel的语法中，寄存器和和立即数都没有前缀。但是在AT&T中，寄存器前冠以
“％”，而立即数前冠以“$”。在Intel的语法中，十六进制和二进制立即数后缀分别
冠以“h”和“b”，而在AT&T中，十六进制立即数前冠以“0x”，表2.2给出几个相应
的例子

Intel与AT&T前缀的区别

         Intel语法                   AT&T语法
         mov eax,8                 movl $8,%eax
         mov ebx,0ffffh           movl $0xffff,%ebx
         int 80h                      int  $0x80

2. 操作数的方向

         Intel与AT&T操作数的方向正好相反。在Intel语法中，第一个操作数是目的操作数，第二个操作数源操作数。而在AT&T中，第一个数是源操作数，第二个数是目的操作数

        在Intel中，mov eax,[ebx+5]
       在AT&T，movl 5(%ebx),%eax 

3.操作码的后缀

在上面的例子中你可能已注意到，在AT&T的操作码后面有一个后缀，其含义就是
指出操作码的大小。“l”表示长整数（32位），“w”表示字（16位），“b”表示字节
（8位）。而在Intel的语法中，则要在内存单元操作数的前面加上byte ptr、 word ptr,
和dword ptr，“dword”对应“long”。表2.4给出几个相应的例子。

4. AT&T中的节（Section）

     在AT&T的语法中，一个节由.section关键词来标识，当你编写汇编语言程序时，
至少需要有以下三种节：
.section .data： 这种节包含程序已初始化的数据，也就是说，包含具有初值的那些变量，例如：

              hello     : .string "Hello world!\n"

              hello_len : .long 13

 .section .bss：这个节包含程序还未初始化的数据，也就是说，包含没有初值的那些变量。当操作系统装入这个程序                            时将把这些变量都置为0，例如

             name      :    .fill   30   # 用来请求用户输入名字

             name_len  : .long  0   # 名字的长度 (尚未定义)

            当这个程序被装入时，name 和 name_len都被置为0。如果你在.bss节不小心给一个变量赋了初值，这个值也会丢失，并且变量的值仍为0。使用.bss比使用.data的优势在于，.bss节不占用磁盘的空间。在磁盘上，一个长整数
就足以存放.bss节。当程序被装入到内存时，操作系统也只分配给这个节4个字节的内存大小

注意：

          编译程序把.data和.bss在4字节上对齐（align），例如，.data总共有34字节，那么编译程序把它对其在36字节上，也就是说，实际给它36字节的空间。

.section .text ：这个节包含程序的代码，它是只读节，而.data 和.bss是读／写节。

汇编程序指令（Assembler Directive）

      上面介绍的.section就是汇编程序指令的一种，GNU汇编程序提供了很多这样的指令(directiv)，这种指令都是以句点（.）为开头，后跟指令名（小写字母），在此，我们只介绍在内核源代码中出现的几个指令（arch/i386/kernel/head.S中的代码为例）。

（1）ascii "string"...

.ascii 表示零个或多个（用逗号隔开）字符串，并把每个字符串（结尾不自动加“0“字节）中的字符放在连续的地址单元。还有一个与.ascii类似的.asciz，z代表“0“，即每个字符串结尾自动加一个”0“字节，例如：

int_msg:

         .asciz "Unknown interrupt\n"

（2）.byte 表达式

         .byte表示零或多个表达式（用逗号隔开），每个表达式被放在下一个字节单元。

（3）.fill 表达式

     形式：.fill repeat , size , value

     其中，repeat、size 和value都是常量表达式。Fill的含义是反复拷贝size个字节。

         Repeat可以大于等于0。size也可以大于等于0，但不能超过8，如果超过8，也只取8。把repeat个字节以8个为一组，每组的最高4个字节内容为0，最低4字节内容置为value。Size和 value为可选项。如果第二个逗号和value值不存在，则假定value为0。如果第一个逗号和size不存在，则假定size为1。

     例如，在Linux初始化的过程中，对全局描述符表GDT进行设置的最后一句为：

     .fill NR_CPUS*4,8,0             /* space for TSS's and LDT's */

     因为每个描述符正好占8个字节，因此，.fill给每个CPU留有存放4个描述符的位置。

（4）.globl symbol

     .globl使得连接程序（ld）能够看到symbl。如果你的局部程序中定义了symbl，那么，与这个局部程序连接的其他局部程序也能存取symbl，例如：

     .globl SYMBOL_NAME(idt)

     .globl SYMBOL_NAME(gdt)

     定义idt和gdt为全局符号。

（5）quad bignums

.quad表示零个或多个bignums（用逗号分隔），对于每个bignum，其缺省值是8字节整数。如果bignum超过8字节，则打印一个警告信息；并只取bignum最低8字节。

例如，对全局描述符表的填充就用到这个指令：

.quad 0x00cf9a000000ffff        /* 0x10 kernel 4GB code at 0x00000000 */

.quad 0x00cf92000000ffff        /* 0x18 kernel 4GB data at 0x00000000 */

.quad 0x00cffa000000ffff        /* 0x23 user   4GB code at 0x00000000 */

.quad 0x00cff2000000ffff        /* 0x2b user   4GB data at 0x00000000 */

（6）rept count

     把.rept指令与.endr指令之间的行重复count次，例如

        .rept   3

        .long   0

        .endr

    相当于

        .long   0

        .long   0

        .long   0

 （7）space size , fill

  这个指令保留size个字节的空间，每个字节的值为fill。size 和fill都是常量表达式。如果逗号和fill被省略，则假定fill为0，例如在arch/i386/bootl/setup.S中有一句：

  .space  1024

  表示保留1024字节的空间，并且每个字节的值为0。

 （8）.word expressions

   这个表达式表示任意一节中的一个或多个表达式（用逗号分开），表达式的值占两个字节，例如：

  gdt_descr:

        .word GDT_ENTRIES*8-1

   表示变量gdt_descr的置为GDT_ENTRIES*8-1

 （9）.long expressions

    这与.word类似

 （10）.org new-lc , fill

    把当前节的位置计数器提前到new-lc（new location counter）。new-lc或者是一个常量表达式，或者是一个与当前子节处于同一节的表达式。也就是说，你不能用.org横跨节：如果new-lc是个错误的值，则.org被忽略。.org只能增加位置计数器的值，或者让其保持不变；但绝不能用.org来让位置计数器倒退。

 

 注意:

          位置计数器的起始值是相对于一个节的开始的，而不是子节的开始。当位置计数器被提升后，中间位置的字节被填充值fill（这也是一个常量表达式）。如果逗号和fill都省略，则fill的缺省值为0。

  例如：.org 0x2000

        ENTRY(pg0)

  表示把位置计数器置为0x2000，这个位置存放的就是临时页表pg0。

Gcc嵌入式汇编(待更新)

                  这是我最感到无力的地方。。。待更新吧。。。很多指令看不懂。。。

光作笔记，没有demo怎么会欢乐。

自己写个简单的死的程序，然后反汇编一下

int main()
{
        int a;
        int b;


        a = 10;
        b = 20;


        a = a+b;


        return 0;
}

        .file  "hello.c"//文件“hello.c”
        .text            //test段为空
        .globl main     //把main定义为全局变量
        .type  main, @function //调用main函数
main:
.LFB0:
        .cfi_startproc//这个应该是程序初始化，为main函数的运行做准备。和后面的.cfi_endproc对应
        pushq  %rbp   //把rbp压栈保存
       .cfi_def_cfa_offset 16  //这个应该是把当前栈顶偏移16个字节，为储存变量a，b做准备
        .cfi_offset 6,-16      //布吉岛。。。。路过的高手求教一下
        movq   %rsp, %rbp      //把栈顶指针寄存器rsp的值移送到rbp帧指针寄存器
       .cfi_def_cfa_register 6 //布吉岛。。。
        movl   $10, -8(%rbp  //把数值10赋值到rbp寄存器保存值减去八的地址中。也就是当前rbp保存地址的向低地址偏移8个 
                             //字节的位置，变量a的地址
        movl   $20, -4(%rbp)
                              //把数值20赋值到rbp寄存器保存值减去四的地址中。也就是当前rbp保存地址的向低地址偏移4个              
                              //字节的位置，变量b的地址

        movl    -4(%rbp), %eax //把rbp向低地址偏移4个字节偏移的地址处的值(就是b)移送给eax寄存器
        addl    %eax, -8(%rbp) //把eax寄存器的值加给rbp向下偏移8个字节的地址处的值(就是a)。此处a = a+b结束
        movl    $0, %eax //把0赋值给eax寄存器，对应最后那句return0;
        popq    %rbp //弹栈，把rbp的值销毁。
        .cfi_def_cfa 7, 8
        ret //返回
        .cfi_endproc //对应前面的cfi_startproc，此处结束当前程序
.LFE0:
        .size   main, .-main
        .ident  "GCC: (Ubuntu/Linaro4.7.3-1ubuntu1) 4.7.3"
        .section       .note.GNU-stack,"",@progbits

我昨天和今天能够happy一点的事情就是，我居然能大概看懂这家伙。。。以前我完全看不懂。。。

有个图更方便理解

linux 0.12 目标文件格式

Makefile：

             之前看过一句很搞的话“Makefile is not make love”哈哈、、、、

              我觉得这个部分书上写的好啰嗦。。。其实我觉得makefile说明起来还是挺简单的

“会不会写 makefile，从一个侧面说明了一个人是否具备完成大型工程的能力” 这个是陈东华说的，他写的《跟我一起写makefile》我就觉得写的很好。

Makefile 的规则。  也是makefile最核心的思想  

target ... : prerequisites ... 
command

target：

    也就是一个目标文件，可以是Object File，也可以是执行文件。还可以是一个标签（Label），对于标签       这种特性，在后续的“伪目标”章节中会有叙述。         

 

prerequisites 

就是，要生成那个 target 所需要的文件或是目标。   

 

command 

也就是 make 需要执行的命令。（任意的 Shell 命令）  

  
         这是一个文件的依赖关系，也就是说，target这一个或多个的目标文件依赖于prerequisites 中的文件，其生成规则定义在 command 中。说白一点就是说，prerequisites中如果有一个以上的文件比 target 文件要新的话，command 所定义的命令就会被执行。这就是 Makefile 的规则。也就是 Makefile 中最核心的内容。

 

 

我自己看这个的时候已经写过一点makefile了，所以看这个小节的时候觉得还挺“舒服”

下面是我自己写二叉树的时候自己写的一个很简单的Makefile

FILE_C = binary_search_tree.c free_tree.c insert_node.c print_tree.cdelete_node.c insert_for_delete.c
FILE_O = binary_search_tree.o free_tree.o insert_node.o print_tree.odelete_node.o insert_for_delete.o
 
compile:${FILE_C}
       gcc -g -c ${FILE_C}
link:${FILE_O}
       gcc ${FILE_O} -o ./tree.out
 
clean:
       rm -f binary_search_tree.o free_tree.o insert_node.o print_tree.odelete_node.o insert_for_delete.o ./tree.out