Linux Assembly

‫بسمه تعالی‬ ‫مبحث اسمبلی در لینوکس شاید یکی از موضوعاتی باشد که بسیار بر روی آن کم کار شده است‪.‬‬ ‫شاید بیشترین علت آن عدم وجود نیازی چون درایورهای نوشته شده توسط اسمبلی در داس باشد‪.‬‬ ‫چرا که تقریبا تمام کارها توسط زبانهایی چون ‪ c‬در لینوکس انجام میشود و آنجا که صحبت از‬ ‫سرعت به میان می آید در نوشتن بوت لودر ‪ ،‬کرنل و سرویسی چون ‪ httpd‬اسمبلی به کار می‬ ‫آید ‪ .‬و احتمال همین باعث میشود که در ابتدای هر کدام از مقالت نوشته شده در این زمینه بخش‬ ‫عظیمی به تلش جهت منصرف کردن شما از نوشتن اسمبلی در لینوکس می کند‪.‬‬ ‫به هر حال در زیر مجالی را به لینوکس اسمبلی اختصاص داده ایم‪:‬‬ ‫یکی از مهمترین تفاوتهای اسمبلی داس و لینوکس این است که در داس بیشتر کارها با ‪interrupt‬‬ ‫داس ‪ int 21h‬د و اینتراپتهای سرویس ‪ bios‬مانند ‪ int 10h‬و ‪ int 16h‬صورت میگیرد در حالی‬ ‫که در لینوکس تمام این کارها توسط کرنل انجام میشود‪.‬همه چیز توسط “‪“kernel system calls‬‬ ‫صورت میگیرد و شما میتوانید کرنل را به وسیله ‪ int 80h‬صدا بزنید‪(.‬همچنین میتوانید از‬ ‫کتابخانه های ‪ libc‬استفاده کنید که ممکن است راحت تر باشد اما برنامه نوشته شده را وابسته به‬ ‫کتابخانه های مذکور میکند )‪ .‬یک چیز شگفت آور در مورد لینوکس این است که نسبت به داس‬ ‫کمتر میباشند(حدود ‪ (190‬ولی کارآتر هستند‪ .‬سیستم کال های لینوکس فایلها را ایجاد میکنند و‬ ‫پروسه ها را تحویل میگیرند وکارهای مفیدی دیگری را انجام میدهند‪.‬‬ ‫کامپایلر های اسمبلی در لینوکس بسایر زیادتر از آنند که بخواهیم مجالی را به بررسی هر کدام‬ ‫اختصاص دهیم ‪ .‬که این در واقع یکی از مزایای ‪ open source‬میباشد که برای انجام هر کار‬ ‫چندین نرم افزار جدا موجود میباشد‪.‬‬ ‫در زیر لیستی را از چندین اسمبلر لینوکس میبینیم سپس به بررسی ‪ GAS‬و ‪ GCC‬و ‪NASM‬‬ ‫میپردازیم‪:‬‬ ‫‪GCC Inline assembly.1‬‬ ‫‪GAS.2‬‬ ‫‪NASM.3‬‬ ‫‪AS86.4‬‬ ‫‪YASM.5‬‬ ‫‪FASM.6‬‬ ‫‪(OSIMPA(SHASM.7‬‬ ‫‪TDASM.8‬‬ ‫‪HLA.9‬‬ ‫‪TALK.10‬‬ ‫‪FREE PASCAL.11‬‬ ‫‪Win32Forth assembler.12‬‬ ‫‪Terse.13‬‬ ‫در میان اسمبلرهای فوق که هر یک ‪ Syntax‬خود را دارا میباشد از اسمبلرهای ‪ 1-4‬استفاده‬ ‫بیشتری میشود و ما بقی شهرت چندانی ندارند ‪ .‬حال آنکه ‪ HLA‬در واقع ‪high level‬‬ ‫‪ assembly‬بوده و دارای ‪ syntax‬ای مشابه زبانهایی چون ‪ C‬میباشد‪.‬‬

‫کتاب ‪ Art of assembly‬که یکی از کتابهای مرجع جهت آموزش زبان اسمبلی میباشد در‬ ‫نسخه موجود لینوکسی خود از این ‪ syntax‬استفاده کرده است‪.‬‬ ‫قبل از ادامه اجازه دهید دو ‪ syntax‬مختلف ‪ AT&T‬و ‪ Intel‬را که بیشترین ‪ Syntax‬های‬ ‫مورد استفاده در لینوکس میباشند بررسی کنیم‪:‬‬ ‫‪ :AT&T‬شباهت زیادی به ‪ Intel syntax‬دارد با تفاوتهای خاص زیر‪:‬‬ ‫در ‪ syntax‬اینتل در دستورتی چون ‪ mov‬ابتدا ‪ dest‬و سپس ‪ source‬می آید‬ ‫‪Mov ax,3‬‬ ‫در حالی که در ‪ AT&T‬این برعکس است و ابتدا ‪ source‬و سپس ‪ destination‬می آید‪ .‬برای‬ ‫دستورات ‪ mov‬و ‪ Add‬و ‪ ...‬باید نوع متغیر را مشخص کرد مثل در صورتی که متغیر ما از‬ ‫نوع ‪ long‬میباشد باید از دستور ‪ movl‬استفاده کرد‪ .‬در ابتدای نام رجیستر ها باید از علمت ‪%‬‬ ‫و ابتدای نام ثابت ها باید از ‪ $‬استفاده کرد‪ .‬و کامنت ها با ‪ #‬به نمایش می آیند‪.‬‬ ‫‪Movl $0,%ebx‬‬ ‫‪PUT 0 IN EBX#‬‬ ‫همچنین فایل های اسمبلی در این ‪ Syntax‬به صورت ‪ s.‬ذخیر میشوند‪.‬‬ ‫‪:Intel syntax‬‬ ‫با این ‪ syntax‬به اندازه کافی آشنا میباشید ‪.‬‬ ‫‪:GCC Inline assembly‬‬ ‫‪ Gcc‬به عنوان یکی از کمپایلرهای مشهور لینوکس که زبانهای مختلفی را پشتیبانی میکند اسمبلر‬ ‫ناشناخته ای نیست‪ GCC .‬تا چندی پیش تنها از ‪ AT&T Syntax‬پشتیبانی میکرد ‪ .‬به طوری‬ ‫که هر جا اسم ‪ gcc‬به میان می آید صحبت از ‪ AT&T Syntax‬به میان می آید)‪ .‬همچنین گاه از‬ ‫‪ Inline assembly‬صحبت به میان می آید ‪ .‬که از لحاظ ‪ syntax‬همان ‪AT&T syntax‬‬ ‫میباشد( اما در ورژن های اخیر ‪ gcc‬پشتیبانی ‪ Intel syntax‬را اضافه کرده است‪ .‬که متاسفانه‬ ‫داکیومنت مفیدی در این رابطه پیدا نکردم‪ .‬بهترین مزیت ‪ gcc‬نسبت به دیگر اسمبلر زمانی است‬ ‫که از کدهای اسمبلی در میان کدهای زبان دیگری همچون ‪ C‬استفاده کرده ایم که کار ما را‬ ‫راحت میکند‪.‬‬ ‫‪:GAS‬‬ ‫یکی از اسمبلر های مشهور و محبوب لینوکس میباشد که مخفف ‪ GNU Assembler‬بوده و بر‬ ‫پایه ‪ GCC‬میباشد‪ .‬این اسمبلر برای ‪ Syntax AT&T‬بوده ولی اخیرا پشتیبانی ‪Intel syntax‬‬ ‫را اضافه کرده است‪ .‬که باید از دایرکتیو ‪ Intel syntax.‬استفاده شود‪ .‬متاسفانه هنوز کتابخانه‬ ‫های مربوطه ‪ document‬نشده اند‪.‬‬ ‫‪:NASM‬‬ ‫‪ Net wide Assembler project‬که یک اسمبلر ‪ i386‬میباشد که توسط ‪ c‬نوشته شده است‪.‬‬ ‫‪ Syntax‬مورد استفاده ‪ Intel Syntax‬میباشد و فرمت های ‪ object‬فایل زیر را پشتیبانی میکند‪:‬‬ ‫‪Bin,aout,coff,elf,as86,obj)DOS(,win32,rdf‬‬ ‫‪ Nasm‬با ‪ parser‬نوشته شده دستی خود سریعتر از ‪ GAS‬میباشد ولی برخی ساختارها را‬ ‫پشتیبانی نمی کند ‪ .‬به هر حال برای ‪ Intel Syntax‬این اسمبلری میباشد که پیشنهاد میشود‪.‬‬

.‫ میپردازد‬Nasm syntax ‫ با‬assembly ‫این نوشته به بررسی برنامه نویسی‬

: hello world ‫یک برنامه‬ :AT&T Syntax data # section declaration. :msg string "Hello, world!\n" # our dear string. Len = . -- msg # length of our dear string text # section declaration. we must export the entry point to the ELF linker or # global _start # loader. They conventionally recognize _start as their. .entry point. Use ld --e foo to override the default # :start_ write our string to stdout # movl $len,%edx # third argument: message length movl $msg,%ecx # second argument: pointer to message to write )movl $1,%ebx # first argument: file handle )stdout )movl $4,%eax # system call number )sys_write int $0x80 # call kernel and exit # movl $0,%ebx # first argument: exit code )movl $1,%eax #system call number )sys_exit int $0x80 # call kernel

:Intel Syntax msg db "Hello, world!",0xa ;our dear string len equ $ - msg ;length of our dear string section .text ;section declaration we must export the entry point to the ELF linker or ; global _start ;loader. They conventionally recognize _start as their .entry point. Use ld -e foo to override the default ; :start_

‫; ‪write our string to stdout‬‬ ‫‪mov edx,len‬‬ ‫‪;third argument: message length‬‬ ‫‪mov ecx,msg‬‬ ‫‪;second argument: pointer to message to write‬‬ ‫‪(mov ebx,1‬‬ ‫‪;first argument: file handle (stdout‬‬ ‫‪(mov eax,4‬‬ ‫‪;system call number (sys_write‬‬ ‫‪int 0x80‬‬ ‫‪;call kernel‬‬ ‫; ‪and exit‬‬ ‫‪mov ebx,0‬‬ ‫‪;first syscall argument: exit code‬‬ ‫‪(mov eax,1‬‬ ‫‪;system call number (sys_exit‬‬ ‫‪int 0x80‬‬ ‫‪;call kernel‬‬ ‫کامپایل کردن (اسمبل کردن( برنامه در لینوکس‪:‬‬ ‫برای کامپایل کردن برنامه با ‪ Intel syntax‬از دستور زیر استفاده کنید‪:‬‬ ‫‪$ nasm −f elf hello.asm‬‬

‫خروجی برنامه به فرمت ‪ elf‬خواهد بود‬ ‫برای کامپایل کردن برنامه با ‪ AT&T Syntax‬از دستور زیر استفاده کنید‪:‬‬ ‫‪$ as −o hello.o hello.S‬‬

‫دستور ذکرشده تنها فایل ‪ object‬را تولید میکند برای لینک کردن فایل مذکور و ساختن فایل قابل‬ ‫اجرا باید از دستور ‪ ld‬استفاده کرد‪ ld .‬لینکر استاندارد محیط لینوکس میباشد توجه داشته باشید که‬ ‫در ‪ gcc‬لینک کردن به صورت خودکار انجام میشود و در صورتی که نخواهید که عمل لینک‬ ‫شدن انجام شود باید از سویچ های مربوطه استفاده کنید‪.‬‬ ‫‪$ ld −s −o hello hello.o‬‬

‫سویچ –‪ o‬به ‪ ld‬میگوید که نام فایل خروجی را ‪ hello‬بگذارد‪.‬‬ ‫‪ Debug‬کردن برنامه در ‪:Linux‬‬ ‫برای ‪ debug‬کردن یک برنامه در محیط تکست میتوان از ‪ gdb‬استفاده کرد و در محیط ‪gui‬‬ ‫نیز میتوان از ‪ ddd‬که ربط گرافیکی ‪ gdb‬میباشد استفاده کرد‪ .‬برای استفاده از ‪ gdb‬برای‬ ‫‪ debug‬کرن یک برنامه که میخواهید توسط ‪ gcc‬کامپایل کنید از سویچ ‪ g-‬استفاده کنید‪.‬‬ ‫‪ Debugger‬های زیادی برای محیط لینوکس وجود دارد که میتوانید از آنها استفاده کنید ‪.‬‬ ‫همچنین محیط برنامه نویسی ‪ Kdevelop‬ابزار بسیار قوی ای جهت نوشتن برنامه در لینوکس‬ ‫را برای شما فراهم میکند و ‪ debugger‬خوبی را نیز در اختیر شما قرار میدهد‪.‬‬

‫ورودی و خروجی در ‪:Linux assembly‬‬ ‫برخی استفده از ‪ libc‬را تنها راه بیان میکنند و استفاده مستقیم از ‪ system call‬ها را راه‬ ‫خوبی نمیدانند این در حالی است که در بیشتر موارد تنها کار اضافه ای که در توابع ‪ libc‬انجام‬ ‫میشود چک کردن برخی از پارامترها و ‪ ...‬میباشد و سپس ‪ system call‬مذکور صدا زده‬ ‫میشود‪.‬‬ ‫برای استفاده از ‪ system call‬ها ‪:‬‬ ‫‪.1‬شماره ‪ sysyemcall‬را در رجیستر ‪ eax‬قرار دهید‬ ‫‪.2‬پارامترهای دیگر را در رجیسترهای ‪ ebx‬و ‪ ecx‬و ‪ ...‬قرار دهید‬ ‫‪.3‬کرنل را صدا بزنید(‪)int 80h‬‬ ‫‪.4‬نتیجه در رجیستر ‪ eax‬برگردانده میشود‪.‬‬ ‫برای مثال در انتهای برنامه کد زیر نوشته میشود‪:‬‬ ‫‪; The exit syscall number‬‬ ‫‪; Have an exit code of 0‬‬ ‫‪; call kernel‬‬

‫‪eax,1‬‬ ‫‪ebx,0‬‬ ‫‪80h‬‬

‫‪mov‬‬ ‫‪mov‬‬ ‫‪int‬‬

‫نوشن ماکرو در ‪:NASM‬‬ ‫‪:Single line macros‬‬ ‫در اسمبلی علمت ‪ %‬در ابتدای یک دایرکتیو آن را به ‪ preprocessor‬به عنوان یک‬ ‫‪ preprocessor directive‬معرفی میکند ‪.‬‬ ‫برای داشتن یک ماکرو در یک خط مانند زبان ‪ c‬میتوانیم از ‪ define‬استفاده کنیم ‪))define%‬‬ ‫& ‪%define ctrl 0x1F‬‬ ‫‪:multiple line macros‬‬ ‫تعریف ماکروهای ‪ multiple line‬شباهت بیشتری به تعریف ماکرو در ‪ MASM‬دارد‬ ‫تعریف ماکرو با ‪ macro%‬شروع شده و با ‪ endmacro%‬پایان میپذیرد‬ ‫‪%macro prologue 1‬‬ ‫‪push ebp‬‬ ‫‪mov ebp,esp‬‬ ‫‪sub esp,%1‬‬ ‫‪%endmacro‬‬