1. 汇编程序的Hello world

之前我们学习了如何用C标准I/O库读写文件,本章详细讲解这些I/O操作是怎么实现的。所有I/O操作最终都是在内核中做的,以前我们用的C标准I/O库函数最终也是通过系统调用把I/O操作从用户空间传给内核,然后让内核去做I/O操作,本章和下一章会介绍内核中I/O子系统的工作原理。首先看一个打印Hello world的汇编程序,了解I/O操作是怎样通过系统调用传给内核的。

例 28.1. 汇编程序的Hello world

.data					# section declaration

msg:
	.ascii	"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

像以前一样,汇编、链接、运行:

$ as -o hello.o hello.s
$ ld -o hello hello.o
$ ./hello
Hello, world!

这段汇编相当于以下C代码:

#include <unistd.h>

char msg[14] = "Hello, world!\n";
#define len 14

int main(void)
{
	write(1, msg, len);
	_exit(0);
}

.data段有一个标号msg,代表字符串"Hello, world!\n"的首地址,相当于C程序的一个全局变量。注意在C语言中字符串的末尾隐含有一个'\0',而汇编指示.ascii定义的字符串末尾没有隐含的'\0'。汇编程序中的len代表一个常量,它的值由当前地址减去符号msg所代表的地址得到,换句话说就是字符串"Hello, world!\n"的长度。现在解释一下这行代码中的“.”,汇编器总是从前到后把汇编代码转换成目标文件,在这个过程中维护一个地址计数器,当处理到每个段的开头时把地址计数器置成0,然后每处理一条汇编指示或指令就把地址计数器增加相应的字节数,在汇编程序中用“.”可以取出当前地址计数器的值,该值是一个常量。

_start中调了两个系统调用,第一个是write系统调用,第二个是以前讲过的_exit系统调用。在调write系统调用时,eax寄存器保存着write的系统调用号4,ebxecxedx寄存器分别保存着write系统调用需要的三个参数。ebx保存着文件描述符,进程中每个打开的文件都用一个编号来标识,称为文件描述符,文件描述符1表示标准输出,对应于C标准I/O库的stdoutecx保存着输出缓冲区的首地址。edx保存着输出的字节数。write系统调用把从msg开始的len个字节写到标准输出。

C代码中的write函数是系统调用的包装函数,其内部实现就是把传进来的三个参数分别赋给ebxecxedx寄存器,然后执行movl $4,%eaxint $0x80两条指令。这个函数不可能完全用C代码来写,因为任何C代码都不会编译生成int指令,所以这个函数有可能是完全用汇编写的,也可能是用C内联汇编写的,甚至可能是一个宏定义(省了参数入栈出栈的步骤)。_exit函数也是如此,我们讲过这些系统调用的包装函数位于Man Page的第2个Section。