Как скомпилировать asm linux
Обновлено: 02.07.2024
Все программы для компьютера представляют собой набор команд процессора, которые состоят из определенного набора бит. Этих команд несколько сотен и с помощью них выполняются все действия на вашем компьютере. Но писать программы непосредственно с помощью этих команд сложно. Поэтому были придуманы различные языки программирования, которые проще для восприятия человеку.
Для подготовки программы к выполнению, специальная программа собирает ее из исходного кода на языке программирования в машинный код - команды процессора. Этот процесс называется компиляция. Linux - это свободное программное обеспечение, а поэтому исходные коды программ доступны всем желающим. Если программы нет в репозитории или вы хотите сделать что-то нестандартное, то вы можете выполнить компиляцию программы.
В этой статье мы рассмотрим, как выполняется компиляция программ Linux, как происходит процесс компиляции, а также рассмотрим насколько гибко вы сможете все настроить.
Подготовка системы
Мы будем компилировать программы, написанные на Си или С++, так как это наиболее используемый язык для программ, которые требуют компиляции. Мы уже немного рассматривали эту тему в статье установка из tar.gz в Linux, но та статья ориентирована больше на новичков, которым нужно не столько разобраться, сколько получить готовую программу.
В этой же статье тема рассмотрена более детально. Как вы понимаете, для превращения исходного кода в команды процессора нужно специальное программное обеспечение. Мы будем использовать компилятор GCC. Для установки его и всех необходимых инструментов в Ubuntu выполните:
sudo apt install build-essential manpages-dev git automake autoconf
Затем вы можете проверить правильность установки и версию компилятора:
Но перед тем как переходить к самой компиляции программ рассмотрим более подробно составляющие этого процесса.
Как выполняется компиляция?
Компиляция программы Linux - это довольно сложный процесс. Все еще сложнее, потому что код программы содержится не в одном файле и даже не во всех файлах ее исходников. Каждая программа использует множество системных библиотек, которые содержат стандартные функции. К тому же один и тот же код должен работать в различных системах, содержащих различные версии библиотек.
На первом этапе, еще до того как начнется непосредственно компиляция, специальный инструмент должен проверить совместима ли ваша система с программой, а также есть ли все необходимые библиотеки. Если чего-либо нет, то будет выдана ошибка и вам придется устранить проблему.
Дальше идет синтаксический анализ и преобразование исходного кода в объектный код, без этого этапа можно было бы и обойтись, но это необходимо, чтобы компилятор мог выполнить различные оптимизации, сделать размер конечной программы меньше, а команды процессора эффективнее.
Затем все объектные файлы собираются в одну программу, связываются с системными библиотеками. После завершения этого этапа программу остается только установить в файловую систему и все. Вот такие основные фазы компиляции программы, а теперь перейдем ближе к практике.
Компиляция программ Linux
Первое что нам понадобиться - это исходники самой программы. В этом примере мы будем собирать самую последнюю версию vim. Это вполне нейтральная программа, достаточно простая и нужная всем, поэтому она отлично подойдет для примера.
Получение исходников
Первое что нам понадобиться, это исходные коды программы, которые можно взять на GitHub. Вы можете найти исходники для большинства программ Linux на GitHub. Кроме того, там же есть инструкции по сборке:
Давайте загрузим сами исходники нашей программы с помощью утилиты git:
Также, можно было скачать архив на сайте, и затем распаковать его в нужную папку, но так будет удобнее. Утилита создаст папку с именем программы, нам нужно сделать ее рабочей:
Настройка configure
Дальше нам нужно запустить скрипт, который проверит нашу программу на совместимость с системой и настроит параметры компиляции. Он называется configure и поставляется разработчиками программы вместе с исходниками. Весь процесс компиляции описан в файле Makefile, его будет создавать эта утилита.
Если configure нет в папке с исходниками, вы можете попытаться выполнить такие скрипты чтобы его создать:
Также для создания этого скрипта можно воспользоваться утилитой automake:
aclocal
autoheader
automake --gnu --add-missing --copy --foreign
autoconf -f -Wall
Утилита automake и другие из ее набора генерируют необходимые файлы на основе файла Mackefile.am. Этот файл обязательно есть в большинстве проектов.
После того как вы получили configure мы можем переходить к настройке. Одним из огромных плюсов ручной сборки программ есть то, что вы можете сами выбрать с какими опциями собирать программу, где она будет размещена и какие дополнительные возможности стоит включить. Все это настраивается с помощью configure. Полный набор опций можно посмотреть, выполнив:
Рассмотрим наиболее часто используемые, стандартные для всех программ опции:
- --prefix=PREFIX - папка для установки программы, вместо /, например, может быть /usr/local/, тогда все файлы будут распространены не по основной файловой системе, а в /usr/local;
- --bindir=DIR - папка для размещения исполняемых файлов, должна находится в PREFIX;
- --libdir=DIR - папка для размещения и поиска библиотек по умолчанию, тоже в PREFIX;
- --includedir=DIR - папка для размещения man страниц;
- --disable-возможность - отключить указанную возможность;
- --enable-возможность - включить возможность;
- --with-библиотека - подобно enable активирует указанную библиотеку или заголовочный файл;
- --without-библиотека - подобное disable отключает использование библиотеки.
Вы можете выполнить configure без опций, чтобы использовать значения по умолчанию, но также можете вручную указать нужные пути. В нашем случае ./configure есть, и мы можем его использовать:
В таком случае нам необходимо установить требуемую библиотеку. Например, программа предлагает ncurses, поэтому ставим:
sudo apt install libncurces-dev
Приставка lib всегда добавляется перед библиотеками, а -dev - означает, что нам нужна библиотека со всеми заголовочными файлами. После удовлетворения всех зависимостей настройка пройдет успешно.
Сборка программы
Когда настройка будет завершена и Makefile будет готов, вы сможете перейти непосредственно к сборке программы. На этом этапе выполняется непосредственно преобразование исходного кода в машинный. Утилита make на основе Makefile сделает все необходимые действия:
Дальше осталось установить саму программу, если вы использовали опцию prefix, чтобы не устанавливать программу в основную файловую систему, то можно применить стандартную опцию make:
После этого программа будет установлена в указанную вами папку, и вы сможете ее использовать. Но более правильный путь - создавать пакет для установки программы, это делается с помощью утилиты checkinstall, она позволяет создавать как deb, так и rpm пакеты, поэтому может использоваться не только в Ubuntu. Вместо make install выполните:
Затем просто установите получившийся пакет с помощью dpkg:
sudo dpkg install vim.deb
После этого сборка программы полностью завершена и установлена, так что вы можете переходить к полноценному использованию.
Если вы устанавливали программу с помощью make install, то удалить ее можно выполнив в той же папке обратную команду:
sudo make uninstall
Команда удалит все файлы, которые были скопированы в файловую систему.
Выводы
В этой статье мы рассмотрели, как выполняется компиляция программы Linux. Этот процесс может быть сложным для новичков, но в целом, все возможно, если потратить на решение задачи несколько часов. Если у вас остались вопросы, спрашивайте в комментариях!
На завершение видео о том, что такое компилятор и интерпретатор:
Как видно из примера, различия видны как в синтаксисе команд, так и в синтаксисе директив ассемблера и комментариях.
В последних версиях GAS появилась возможность использования синтаксиса Intel для команд, но синтаксис директив и комментариев остается традиционным. Включение синтаксиса Intel осуществляется директивой .intel_syntax с параметром noprefix. При этом программа, приведенная выше изменится следующим образом:
Другим широко распространенным компилятором ассемблера для Linux является Netwide Assembler (NASM, вызываемый командой nasm). NASM использует синтаксис Intel. Кроме того, синтаксис директив ассемблера NASM частично совпадает с синтаксисом MASM. Пример приведенной выше программы для ассемблера NASM выглядит следующим образом:
section .data
msg db "Hello, world!\n"
len equ $-msg ; символу len присваевается длина строки
section .text
global _start ; точка входа в программу
_start:
mov eax, 4 ; системный вызов № 4 — sys_write
mov ebx, 1 ; поток № 1 — stdout
mov ecx, msg ; указатель на выводимую строку
mov edx, len ; длина строки
int 80h ; вызов ядра
mov eax, 1 ; системный вызов № 1 — sys_exit
xor ebx, ebx ; выход с кодом 0
int 80h ; вызов ядра
Кроме перечисленных ассемблеров в среде Linux можно использовать ассемблеры FASM и YASM. Оба поддерживают синтаксис Intel, но FASM имеет свой синтаксис директив, а YASM синтаксически полностью аналогичен NASM и отличается от него только типом пользовательской лицензии. В дальнейшем изложении материала все примеры будут даваться применительно к синтаксису, используемому NASM. Желающим использовать GAS можно порекомендовать статью о сравнении этих двух ассемблеров. Кроме того, при использовании в GAS директивы .intel_syntax noprefix различия между ними будут не столь значительными. Тексты программ, подготовленные для NASM, как правило, без проблем компилируются и YASM.
Структура программы
Программы в Linux состоят из секций, каждая из которых имеет свое назначение [6]. Секция .text содержит код программы. Секции .data и .bss содержат данные. Причем первая содержит инициализированные данные, а вторая — не инициализированные. Секция .data всегда включается при компиляции в исполняемый файл, а .bss в исполняемый файл не включается и создается только при загрузке процесса в оперативную память. Начало секции объявляется директивой SECTION имя_секции. Вместо директивы SECTION можно использовать директиву SEGMENT. Для указания конца секции директив не существует — секция автоматически заканчивается при
объявлении новой секции или в конце программы. Порядок следования секций в программе не имеет значения. В программе обязательно должна быть объявлена метка с именем _start – это точка входа в программу. Кроме того, метка точки входа должна быть объявлена как глобальный идентификатор директивой GLOBAL _start. Так как имя точки входа предопределено, то необходимость в директиве конца программы END отпадает: в NASM данная директива не поддерживается.
При создании многомодульных программ все метки (идентификаторы переменных и функций), которые предполагается использовать в других модулях, необходимо объявить как глобальные с помощью директивы GLOBAL. Наоборот, все идентификаторы, реализованные в других модулях и объявленные там, как глобальные, необходимо объявить как внешние директивой EXTERN. Функция сложения двух чисел sum, рассмотренная в предыдущей лабораторной работе, в NASM будет выглядеть так:
SECTION .text
global sum
sum:
push ebp
mov ebp, esp
mov eax, [ebp+8]
add eax, [ebp+12]
pop ebp
ret
Использование библиотечных функций
В программах на ассемблере можно использовать функции библиотеки Си. Для использования функции ее надо предварительно объявить директивой EXTERN. Например, для того. чтобы использовать функцию printf необходимо предварительно указать выполнить следующую директиву:
EXTERN printf
Программу hello можно модифицировать так, чтобы она использовала для вывода информации не функцию API Linux, а функцию printf библиотеки Си. Код программы, назовем ее hello-c, будет выглядеть так:
SECTION .data
msg db "Hello, world!",0
fmt db "%s",0Ah
SECTION .text
GLOBAL _start ; точка входа в программу
EXTERN printf ; внешняя функция библиотеки Си
_start:
push msg ; второй параметр - указатель на строку
push fmt ; первый параметр - указатель на формат
22
call printf ; вызов функции
add esp, 4*2 ; очистка стека от параметров
mov eax, 1 ; системный вызов № 1 — sys_exit
xor ebx, ebx ; выход с кодом 0
int 80h ; вызов ядра
Компиляция программ, использующих библиотечные функции ничем не отличается от компиляции программ, использующих только функции API. Различия появляются только на этапе компоновки. Особенности компоновки будут рассмотрены далее.
В данной статье я хочу рассмотреть вопросы, которые могут возникнуть у человека, приступившего к изучению ассемблера, связанные с установкой различных трансляторов и трансляцией программ под Windows и Linux, а также указать ссылки на ресурсы и книги, посвященные изучению данной темы.
Используется для создания драйверов под Windows.
По ссылке переходим на сайт и скачиваем пакет (masm32v11r.zip). После инсталляции программы на диске создается папка с нашим пакетом C:\masm32. Создадим программу prog11.asm, которая ничего не делает.
Произведём ассемблирование (трансляцию) файла prog11.asm, используя ассемблер с сайта masm32.
Ключ /coff используется здесь для трансляции 32-битных программ.
Линковка производится командой link /subsystem:windows prog11.obj (link /subsystem:console prog11.obj)
Как сказано в Википедии
MASM — один из немногих инструментов разработки Microsoft, для которых не было отдельных 16- и 32-битных версий.
Кстати, вот ссылка на личный сайт Владислава Пирогова, автора книги “Ассемблер для Windows”.
MASM с сайта Microsoft
Открываем этот файл архиватором (например 7zip). Внутри видим файл setup.exe, извлекаем его, открываем архиватором. Внутри видим два файла vc_masm.msi,vc_masm1.cab. Извлекаем файл vc_masm1.cab, открываем архиватором. Внутри видим файл FL_ml_exe_____X86.3643236F_FC70_11D3_A536_0090278A1BB8. Переименовываем его в файл fl_ml.exe, далее, произведём ассемблирование файла prog11.asm, используя ассемблер fl_ml.exe.
MASM в Visual Studio
Также MASM можно найти в папке с Visual Studio (у меня VS 10) вот здесь: C:\Program Files\Microsoft Visual Studio 10.0\VC\bin\ml.exe.
Для того, чтобы запустить на 32- или 64-разрядной системе и создавать программы, работающие как под 32-, так и под 64-разрядной Windows, подходит MASM32 (ml.exe, fl_ml.exe). Для того, чтобы работать на 32- и 64-разрядных системах и создавать программы, работающие под 64-разрядной Windows, но неработающие под 32-разрядной нужен ассемблер ml64.exe. Лежит в папке C:\Program Files\Microsoft Visual Studio 10.0\VC\bin\amd64 и вот здесь — C:\Program Files\Microsoft Visual Studio 10.0\VC\bin\x86_amd64.
Программный пакет компании Borland, предназначенный для разработки программ на языке ассемблера для архитектуры x86. В настоящее время Borland прекратила распространение своего ассемблера.
Выполним ассемблирование (трансляцию) файла abel32.asm.
Корректность работы программы можно проверить, произведя линковку (tlink.exe) объектного файла и запустив полученный файл в отладчике.
Как было сказано выше, MASM можно использовать для работы с 16-битными программами. Выполним ассемблирование (трансляцию) программы abel32.asm с помощью ассемблера MASM:
Ключ /coff здесь не используется.
Линковка производится файлом link16.exe
В статье Криса Касперски «Сравнение ассемблерных трансляторов» написано, что «FASM — неординарный и весьма самобытный, но увы, игрушечный ассемблер. Пригоден для мелких задач типа „hello, world“, вирусов, демок и прочих произведений хакерского творчества.»
Скачаем FASM с официального сайта. Инсталлятора нет, просто извлекаем программу. Откроем fasm editor — C:\fasm\fasmw.exe. В папке C:\fasm\EXAMPLES\HELLO есть файл HELLO.asm.
Откроем файл HELLO.asm из fasmw.exe. Изменим строку include 'win32ax.inc' на строку include 'c:\fasm\INCLUDE\WIN32AX.INC'. Запускаем из меню Run → Run.
Вот ссылки на ресурсы, посвященные FASM:
FASM в Linux
Для того, использовать FASM в Linux (у меня Ubuntu), скачаем соответствующий дистрибутив (fasm-1.71.60.tgz), распакуем его, в папке у нас будет бинарный файл fasm, копируем этот файл в /usr/local/bin для того, чтобы можно было запускать его из консоли, как любую другую команду.Выполним ассемблирование программы hello.asm из папки fasm/examples/elfexe/hello.asm.
Корректность работы программы можно проверить в отладчике.
Nasm успешно конкурирует со стандартным в Linux- и многих других UNIX-системах ассемблером Gas.
Nasm в Linux можно установить его с помощью менеджера пакетов или из командной строки: в дистрибутиве Debian (Ubuntu) командой apt-get install nasm, в дистрибутивах Fedora, CentOS, RedHat командой yum install nasm.
Выполним ассемблирование и линковку и запустим файл hello.asm.
Для 64bit необходимо использовать команду nasm -f elf64 hello.asm
NASM для Windows
NASM для Windows можно установить, скачав соответствующий дистрибутив с соответствующего сайта.
Ссылки на ресурсы, посвященные Nasm:
Стандартный ассемблер практически во всех разновидностях UNIX, в том числе Linux и BSD. Свободная версия этого ассемблера называется GAS (GNU assembler). Позволяет транслировать программы с помощью компилятора GCC.
Из учебников удалось найти только книгу на английском «Programming from the ground up». На русском удалось найти только одну главу из книги С. Зубкова «Assembler для DOS, Windows и UNIX».
Возьмем пример программы, которая ничего не делает, с сайта. Создадим программу gas.s
Выполним ассемблирование (трансляцию), линковку и запуск программы:
Если в данной программе изменить _start на main, то можно выполнить ассемблирование (трансляцию) и линковку компилятором gcc.
Выполним ассемблирование (трансляцию), линковку и запуск программы:
Выводы: если вы изучаете программирование под Windows, то вы можете остановить свой выбор на Masm; Tasm больше не поддерживается, но для обучения по старым классическим учебникам подойдёт.
Под Linux Gas подойдет тем, кто использует GCC, а тем, кому не нравится синтаксис Gas, подойдёт Nasm.
Написание и отладка кода на ассемблере x86/x64 в Linux
17 августа 2016
Сегодня мы поговорим о программировании на ассемблере. Вопрос «зачем кому-то в третьем тысячелетии может прийти в голову писать что-то на ассемблере» раскрыт в заметке Зачем нужно знать всякие низкоуровневые вещи, поэтому здесь мы к нему возвращаться не будем. Отмечу, что в рамках поста мы сосредоточимся на вопросе компиляции и отладки программ на ассемблере. Сам же язык ассемблера заслуживает отдельного большого поста, а то и серии постов.
Введение
Компиляторов ассемблера существует много. Мы будем использовать GNU Assembler (он же GAS, он же /usr/bin/as). Скорее всего, он уже есть вашей системе. К тому же, если вы пользуетесь GCC и собираетесь писать ассемблерные вставки в коде на C, то именно с этим ассемблером вам предстоит работать. Из достойных альтернатив GAS можно отметить NASM и FASM.
Наконец, язык ассемблера отличается в зависимости от архитектуры процессора. Пока что мы сосредоточимся на ассемблере для x86 (он же i386) и x64 (он же amd64), так как именно с этими архитектурами приходится чаще всего иметь дело. Впрочем, ARM тоже весьма распространен, главным образом на телефонах и планшетах. Еще из сравнительно популярного есть SPARC и PowerPC, но шансы столкнуться с ними весьма малы. Отмечу, что x86 и x64 можно было бы рассматривать отдельно, но эти архитектуры во многом похожи, поэтому я не вижу в этом большого смысла.
«Hello, world» на int 0 x80
Рассмотрим типичный «Hello, world» для архитектуры x86 и Linux:
.data
msg :
. ascii "Hello, world!\n"
. set len , . - msg
Коротко рассмотрим первые несколько действий, выполняемых программой: (1) программа начинает выполнение с метки _start, (2) в регистр eax кладется значение 4, (3) в регистр ebx помещается значение 1, (4) в регистр ecx кладется адрес строки, (5) в регистр edx кладется ее длина, (6) происходит прерывание 0 x80. Так в мире Linux традиционно происходит выполнение системных вызовов. Конкретно int 0 x80 считается устаревшим и медленным, но из соображений обратной совместимости он все еще работает. Далее мы рассмотрим и более новые механизмы.
Следующая строчка из файла unistd_32.h:
То есть, рассмотренный код эквивалентен:
Затем аналогичным образом производится вызов:
Совсем не сложно!
В общем случае системный вызов через 0 x80 производится по следующим правилам. Регистру eax присваивается номер системного вызова из unistd_32.h. До шести аргументов помещаются в регистры ebx, ecx, edx, esi, edi и ebp. Возвращаемое значение помещается в регистр eax. Значения остальных регистров при возвращении из системного вызова остаются прежними.
Выполнение системного вызова через sysenter
Начиная с i586 появилась инструкция sysenter, специально предназначенная (чего нельзя сказать об инструкции int) для выполнения системных вызовов.
Рассмотрим пример использования ее на Linux:
.data
msg :
. ascii "Hello, world!\n"
len = . - msg
. text
. globl _start
Сборка осуществляется аналогично сборке предыдущего примера.
Как видите, принцип тот же, что при использовании int 0 x80, только перед выполнением sysenter требуются поместить в стек адрес, по которому следует вернуть управление, а также совершить кое-какие дополнительные манипуляции с регистрами. Причины этого более подробно объясняются здесь.
Инструкция sysenter работает быстрее int 0 x80 и является предпочтительным способом совершения системных вызовов на x86.
Выполнение системного вызова через syscall
До сих пор речь шла о 32-х битных программах. На x64 выполнение системных вызовов осуществляется так:
.data
msg :
. ascii "Hello, world!\n"
. set len , . - msg
Собирается программа таким образом:
as --64 hello-syscall.s -o hello-syscall.old -melf_x86_64 -s hello-syscall.o -o hello-syscall
Принцип все тот же, но есть важные отличия. Номера системных вызовов нужно брать из unistd_64.h, а не из unistd_32.h. Как видите, они совершенно другие. Так как это 64-х битный код, то и регистры мы используем 64-х битные. Номер системного вызова помещается в rax. До шести аргументов передается через регистры rdi, rsi, rdx, r10, r8 и r9. Возвращаемое значение помещается в регистр rax. Значения, сохраненные в остальных регистрах, при возвращении из системного вызова остаются прежними, за исключением регистров rcx и r11.
Интересно, что в программе под x64 можно одновременно использовать системные вызовы как через syscall, так и через int 0 x80.
Отладка ассемблерного кода в GDB
Статья была бы не полной, если бы мы не затронули вопрос отладки всего этого хозяйства. Так как мы все равно очень плотно сидим на GNU-стэке, в качестве отладчика воспользуемся GDB. По большому счету, отладка не сильно отличается от отладки обычного кода на C, но есть нюансы.
Например, вы не можете так просто взять и поставить брейкпоинт на процедуру main. Как минимум, у вас попросту нет отладочных символов с информацией о том, где эту main искать. Решение заключается в том, чтобы самостоятельно определить адрес точки входа в программу и поставить брейкпоинт на этот адрес:
Читайте также: