在64位系统(GNU工具链)上组装32位二进制文​​件

我编写可以编译的汇编代码:

as power.s -o power.o 

链接power.o目标文件时出现问题:

 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power.s ,但是我仍然得到错误:

分割故障(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 

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TL:DR :使用gcc -m32

.code32不会改变输出文件的格式,这就决定了你的程序运行的模式。不要试图在64位模式下运行32位代码。 .code32用于汇编您可能希望用作数据的“外部”机器代码,或用于汇出共享内存段。 如果这不是你正在做的事情,那么避免它,所以当你在错误的模式下构建一个.S ,如果它有任何pushpop指令的话,你会得到构建时的错误。

建议:使用手写汇编器的.S扩展名。 ( gcc foo.S会在as之前通过C预处理器来运行它,所以你可以#include一个包含系统调用号的头文件)。 此外,它与.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,请使用这些命令之一

 gcc -g foo.S -o foo -m32 -nostdlib -static # static binary with absolutely no libraries or startup code # -nostdlib by itself makes static executables on Linux, but not OS X. gcc -g foo.S -o foo -m32 # dynamic binary including the startup boilerplate code. Use with code that defines a main() but not a _start 

nostdlib-nostartfiles-static文档 。


使用_start libc函数(参见本答案的结尾部分)

一些函数,如malloc(3) ,或者stdio函数(包括printf(3)依赖于一些全局数据的初始化(例如FILE *stdout和它实际指向的对象)。

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,共享库可以具有初始化器部分,在加载它们之前由动态链接器运行,然后跳转到_start入口点。 所以gcc -nostartfiles hello.S仍然让你打电话给printf 。 对于动态可执行文件,内核运行/lib/ld-linux.so.2 ,而不是直接运行(使用readelf -a来查看二进制文件中的“ELF interpreter”字符串)。 当_start最终运行时,并不是所有的寄存器都会被清零,因为动态链接器在你的进程中运行代码。

但是, gcc -nostartfiles -static hello.S会链接,但在运行时会崩溃,如果您调用printf或其他东西而不调用glibc的内部初始化函数。 (见Michael Petch的评论)。


当然,您可以将.c.S.o文件的任意组合放在同一个命令行上,将它们全部链接到一个可执行文件中。 如果你有任何C,不要忘了-Og -Wall -Wextra :当C中的问题很简单时,你不想调试你的asm,因为编译器可能会提醒你。

使用-v让gcc显示它运行的命令来组装和链接。 要做到“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(– --32-m elf_i386 )的两个不同的选项更容易记住和输入。 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的例子不能在OS X上工作,因为系统调用号码是不同的 ,或者在Windows上,因为它甚至不使用int 0x80 ABI。)


NASM / YASM

gcc无法处理NASM语法。 ( -masm=intel比MASM更像NASM语法,在这里你需要offset symbol来获取地址作为立即数)。 当然,这些指令是不同的(例如.globl vs global )。

你可以使用nasm或者yasm来构建,然后像上面那样将.ogcc链接起来,或者直接使用ld

我使用包装脚本来避免用三种不同的扩展名重复输入相同的文件名。 (nasm和yasm默认为file.asm – > file.o ,而不像GNU的默认输出a.out )。 将其与-m32一起使用来汇编和链接32位ELF可执行文件。 并不是所有的操作系​​统都使用ELF,所以这个脚本比使用gcc -nostdlib -m32来连接的gcc -nostdlib -m32要低。

 #!/bin/sh # 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 verbose=1 # defaults fmt=-felf64 #ldopt=-melf_i386 while getopts 'm:vq' opt; do case "$opt" in m) if [ "m$OPTARG" = "m32" ]; then fmt=-felf32 ldopt=-melf_i386 fi if [ "m$OPTARG" = "mx32" ]; then fmt=-felfx32 ldopt=-melf32_x86_64 fi # default is -m64 ;; q) verbose=0 ;; v) verbose=1 ;; esac done shift "$((OPTIND-1))" # Shift off the options and optional -- src=$1 base=${src%.*} shift [ "$verbose" = 1 ] && set -x # print commands as they're run, like make #yasm "$fmt" -Worphan-labels -gdwarf2 "$src" "$@" && nasm "$fmt" -Worphan-labels -g -Fdwarf "$src" "$@" && ld $ldopt -o "$base" "$base.o" # 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 

我更喜欢yasm有几个原因,包括它默认使用long- nop而不是填充许多单字节的nop 。 这会导致混乱的反汇编输出,以及如果nops运行速度变慢。 (在NASM中,您必须使用smartalign宏包。)


示例:_start使用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 = %#lx\n" 

 $ 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,因为没有调用glibc初始化函数。 ( __libc_init_first__dl_tls_setup__libc_csu_init按照Michael Petch的说法,其他libc实现也存在,包括为静态链接设计的MUSL ,并且不需要初始化调用。

 $ 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) 

你也可以gdb ./a.out ,运行b _startlayout regrun ,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 = %#lx\n", 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 = 0xff938fb0\n", 43) = 43 exit_group(0) = ? +++ exited with 0 +++ 

如果我们使用_exit(0) ,或者让sys_exit系统调用我们自己的int 0x80write(2)就不会发生 。 将stdout重定向到非tty时,默认为全缓冲(非线性缓冲),所以write(2)仅作为exit(3)一部分由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)会立即刷新。

根据标准输出是否为终端,表现方式可能是可取的,但仅限于有目的地进行,而不是错误。