1.本文不是教程，只是描述c語言（gcc環境），編譯器，連接器，加載器，at&t匯編，ia32一些相關知識和筆記，很多需要深入的地方需要大家尋找相關的資料學習。如果發現錯誤，請留言或通知我jinglexy at yahoo dot com dot cn，這個是我的msn。打字不易，請轉載時保留作者：http://www.shnenglu.com/jinglexy
2.gcc安裝的各個部分：
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g++
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c++編譯器，鏈接時使用c++庫
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gcc
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c編譯器，鏈接時使用c庫
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cc1
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實際的c編譯器
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cc1plus
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實際的c++編譯器
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collect2
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使用collect2產生特定的全局初始化代碼，后臺處理是傳遞參數給ld完成實際的鏈接工作。
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crt0.o
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初始化和結束代碼
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libgcc
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平臺相關的庫
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gcc安裝需要的文件：
gcc-core-3.4.6.tar.gz2
gcc核心編譯器，默認只包含c編譯器
gcc-g++-3.4.6.tar.bz2
g＋＋編譯器
gcc-testsuite-3.4.6.tar.bz2
測試套件
./configure && make && make install
3.binutils安裝的各個部分
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as
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gnu匯編工具
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gprof
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性能分析工具
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ld
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gnu鏈接器
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make
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objcopy
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目標文件從二進制格式翻譯或復制到另一種
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objdump
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顯示目標文件的各種信息
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strings
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顯示文件的字符串
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strip
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去除符合表
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readelf
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分析elf并顯示信息
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鏈接器可以讀寫各種目標文件中的信息，通過BFD（binary file descriptor）提供的工具實現，BFD定義了類似a.out, elf, coff等目標文件的格式。
4.gcc預處理程序
1)define指令
#可將傳遞的宏字符串化
##將兩個名字連接成一個（注意不是連接成字符串）
例：#define
TEST(ARGTERM) \
printf(“the
term “ #ARGTERM “is a string\n”)
使用__VA_ARGS__定義可變參數宏
例：#define err(...) fprintf(stderr,
__VA_ARGS)
err (“%s %d\n”, “error code is”,
48);
為了消除無參數時的逗號，可以用下面方法定義：
# define
err(...) fprintf(stderr,
##__VA_ARGS)
一種等同的方法是：
#define dprintf(fmt,
arg...) printf(fmt, ##arg)
其他例：#define PASTE(a,
b) a##b
2)error 和 warning指令
#error “y here? bad boy!”
3)if, elif, else, endif指令
支持的運算符：加減乘除，位移，&&，||，!等
示例：#if defined (CONFIG_A) || defined (CONFIG_B)
……
#endif
4)gcc預定義宏
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__BASE_FILE__
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完整的源文件名路徑
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__cplusplus
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測試c++程序
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__DATE__
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__FILE__
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源文件名
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__func__
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替代__FUNCTION__，__FUNCTION__以被GNU不推薦使用
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__TIME__
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__LINE__
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__VERSION__
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gcc版本
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5)幾個簡單例子：
例1：
#define min(X, Y) \
(__extension__ ({typeof (X) __x = (X), __y = (Y);
\
(__x < __y) ? __x : __y; }))
#define max(X, Y) \
(__extension__ ({typeof (X) __x = (X), __y = (Y);
\
(__x > __y) ? __x : __y; }))
這樣做的目的是消除宏對X，Y的改變的影響，例如：result = min(x++, --y); printf(x, y);
補充：圓括號定義的符合語句可以生成返回值，例：
result = ({ int a = 5;
int b;
b = a + 3;
}); 將返回8
例2：
#define dprintfbin(buf, size) do{ int i;
\
printf("%s(%d)@", \
__FUNCTION__,
__LINE__);
\
for(i = 0; i < size -
1; i++){ \
if(0
== i %
16) \
printf("\n"); \
printf("0x%02x
", ((char*)buf)[i]); \
} \
printf("0x%02x\n",
((char*)buf)[i]); \
}while(0)
這個比較簡單，不用解釋了
例3：
#ifdef __cplusplus
extern "C"{
#endif
int foo1(void);
int foo2(void);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
作用：在c＋＋程序中使用c函數及庫，c＋＋編譯程序時將函數名粉碎成自己的方式，在沒有extern的情況下可能是_Z3_foo1，_Z3_foo2將導致連接錯誤，這里的extern表示在連接庫時，使用foo1，foo2函數名。
5.gcc編譯的一些知識
gcc -E hello.c -o
hello.i 只預處理
gcc -S hello.c -o
hello.s 只編譯
gcc -c -fpic first.c second.c
編譯成共享庫：-fpic選項告訴連接器使用got表定位跳轉指令，使加載器可以加載該動態庫到任何地址（具體過程可在本文后面找到）
6.gcc對c語言的擴展
void fetal_error() __attribute__(noreturn); 聲明函數：無返回值
__attribute__((noinline)) int foo1(){……}定義函數：不擴展為內聯函數
int getlim() __attribute__((pure, noinline));聲明函數：不內聯，不修改全局變量
void mspec(void) __attribute__((section(“specials”)));聲明函數：連接到特定節中
補充：除非使用-O優化級別，否則函數不會真正的內聯。
其他屬性：
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函數
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always_inline
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函數
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const
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同pure
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函數
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constructor
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加入到crt0調用的初始化函數表
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函數
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deprecated
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無論何時調用函數，總是讓編譯器警告
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函數
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destructor
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函數
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section
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放到命名的section中，而不是默認的.text
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變量
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aligned
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分配該變量內存地址時對齊屬性，例：
int value __attribute__((aligned(32)));
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變量
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deprecated
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無論何時引用變量，總是讓編譯器警告
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變量
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packed
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使數據結構使用最小的空間，例如：
typedef struct zrecord{
char a;
int b __attribute((packed));
}zrecord_t;
變量b在內存中和a沒有空隙
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變量
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section
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同上，例：
int trigger __attribute__((section(“domx”))) = 0;
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類型
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aligned
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同上，例：
struc blockm{
char j[3];
}__attribute__((aligned(32)));
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類型
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deprecated
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同上
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類型
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packed
|
同上
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gcc內嵌函數：
void *__builtin_return_address(unsigned int level);
void *__builtin_frame_address(unsigned int leve);
以上兩個函數可以用于回溯函數棧，如果編譯器優化成noframe呢，誰愿意驗證一下？
gcc使用__asm__,
__typeof__, __inline__替代asm, typeof, inline。-std和-ansi會使后者失去功能。
標識符局部化，使用__label__標簽：
int main(……){
{
__label__ jmp1;
goto jmp1;
}
goto
jmp1;
/* 錯誤：jmp1未定義 */
}
typeof的一些技巧：
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char *chptr
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a char point
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typeof (*chptr) ch;
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a char
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typeof (ch) *chptr2;
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a char point
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typeof(chptr) chparray[10];
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ten char pointers
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typeof(*chptr) charray[10];
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ten char
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typeof (ch) charray2[10];
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ten chars
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7.objdump程序
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-a
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文檔頭文件信息
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-d
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可執行代碼的反匯編
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-D
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反匯編可執行代碼及數據
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-f
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完整文件頭的內容
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-h
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section表
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-p
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目標格式的文件頭內容
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調試器呢？網上的gdb教程已足夠的多，不再畫蛇添足了。
8.平臺IA32的一些知識
指令碼格式：
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指令前綴（0～4字節）
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操作碼（1～3字節）
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可選修飾符（0～4字節）
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可選數據元素（0～4字節）
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指令前綴：較重要的有內存鎖定前綴（smp系統中使用）
操作碼：ia32唯一必須的部分
修飾符：使用哪些寄存器，尋址方式，SIB字節
數據元素：靜態數值或內存位置
ia32比較重要的技術：指令預取，解碼管線，分支預測，亂序執行引擎
（網絡上可以找到很多相關的文章）
通用寄存器（8個32位）：eax, ebx,
ecx, edx, esi, edi, esp, ebp
端寄存器（6個16位）：cs, ds, ss,
es, fs, gs
指令指針（1個32位）：eip
浮點寄存器（8個80位）：形成一個fpu堆棧
控制寄存器（5個32位）：cr0, cr1,
cr2, cr3, cr4
較重要的是cr0：控制操作模式和處理器狀態
cr3：內存分頁表描述寄存器
調試寄存器（8個32位）：
標識寄存器（1個32位）：狀態，控制，系統（共使用17位）：陷阱，中斷，進位，溢出等
說明：mmx使用fpu堆棧作為寄存器，sse,
sse2, sse3沒有寄存器，只提供相關的指令功能。
9.gas匯編工具：as（at&t風格）語法說明
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使用$標識立即數
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再寄存器前面加上%
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源操作數在前，目標操作數在后
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使用$獲取變量地址
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長跳轉使用：ljmp $section, $offset
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一個簡單的匯編語言程序框架：
.section .data
……
.section .bss
……
.section .text
.globl _start
_start:
……
范例：
#cpuid2.s View the CPUID Vendor ID string using C library
calls
.section .datatext
output:
.asciz "The processor Vendor ID
is '%s'\n"
.section .bss
.lcomm buffer, 12
.section .text
.globl _start
_start:
movl $0, %eax
cpuid
movl $buffer, %edi
movl %ebx, (%edi)
movl %edx, 4(%edi)
movl %ecx, 8(%edi)
pushl $buffer
pushl $output
call printf
addl $8, %esp
pushl $0
call exit
偽指令說明：
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data
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.ascii
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定義字符串，沒有\0結束標記
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data
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.asciz
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有\0結束標記
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data
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.byte
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字節
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data
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.int
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32位
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data
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.long
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32位
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data
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.shot
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16位
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bss
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.lcomm
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對于上面的例子是聲明12字節的緩沖區，l標識local，僅當前匯編程序可用
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bss
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.comm
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通用內存區域
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data/text
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.equ
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.equ LINUX_SYS_CALL, 0x80
movl $ LINUX_SYS_CALL, %eax
說明：equ不是宏而是常量，會占據數據/代碼段空間
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指令集說明：
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movb/movw/movl
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cmov
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根據cf, of, pf, zf等標識位判斷并mov
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xchg
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操作時會lock內存，非常耗費cpu時間
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bswap
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翻轉寄存器中字節序
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xadd
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pushx, popx
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pushad, popad
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jmp
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call
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cmp
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jz/jb/jne/jge
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loop
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addb/addw/addl
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subb/subw/subl
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dec/inc
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mulb/muw/mull
無符號乘法
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源操作數長度
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目標操作數
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目標位置
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8位
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al
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ax
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16位
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ax
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dx:ax
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32位
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eax
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edx:eax
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imul有符合乘法
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divb/divw/divl
無符合除法
（被除數在eax中，除數在指令中給出）
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被除數
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被除數長
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商
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余數
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ax
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16位
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al
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ah
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dx:ax
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32位
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ax
|
dx
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edx:eax
|
64位
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eax
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edx
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idiv有符合除法
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sal/shl/sar/shr
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移位
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rol/ror/rcl/rcr
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循環移位
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leal
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取地址：leal output, %eax
等同于：movl $output, %eax
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rep
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rep movsb 執行ecx次
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lodsb/lodsw/lodsl
stosb/stosw/stosl
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取存內存中的數據
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gas程序范例（函數調用）：
文件1：area.s定義函數area
# area.s - The areacircumference function
.section .text
.type area, @function
.globl area
area:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $4, %esp
fldpi
filds 8(%ebp)
fmul %st(0), %st(0)
fmulp %st(0), %st(1)
fstps -4(%ebp)
movl -4(%ebp), %eax
movl %ebp, %esp
popl %ebp
ret
文件2：functest4.s調用者
# functest4.s - An example of using external functions
.section .data
precision:
.byte 0x7f,
0x00
.section .bss
.lcomm result, 4
.section .text
.globl _start
_start:
nop
finit
fldcw precision
pushl $10
call area
addl $4, %esp
movl %eax, result
pushl $2
call area
addl $4, %esp
movl %eax, result
pushl $120
call area
addl $4, %esp
movl %eax, result
movl $1, %eax
movl $0, %ebx
int $0x80
10.讀連接器和加載器的一些筆記，感謝原作者colyli at gmail
dot com，看了他翻譯的lnl及寫的一個os，受益匪淺。
如果不是很深入的研究連接器和加載器的話，了解一些原理就足夠了。舉個例子說明吧：
1 #include <unistd.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <stdio.h>
4 #include <string.h>
5
6 int a = 1;
7 int main()
8 {
9
printf("value: %d\n", a);
10
11
return 0;
12 }
編譯指令：gcc -c hello.c -o
hello.o
匯編
gcc -o hello
hello.o
編譯
objdump -d
hello.o
反匯編目標文件
objdump -d
hello
反匯編可執行文件
比較兩端結果：
|
objdump -d hello.o
|
objdump -d hello
|
|
00000000 <main>:
0: 55
push %ebp
1: 89 e5
mov %esp,%ebp
3: 83 ec 08 sub
$0x8,%esp
6: 83 e4 f0
and $0xfffffff0,%esp
9: b8 00 00 00 00 mov
$0x0,%eax
e: 83 c0
0f
add $0xf,%eax
11: 83 c0
0f
add $0xf,%eax
14: c1 e8 04
shr $0x4,%eax
17: c1 e0 04
shl $0x4,%eax
1a:
29 c4
sub %eax,%esp
1c:
83 ec 08 sub $0x8,%esp
1f:
ff 35 00 00 00 00 pushl 0x0
25: 68 00 00 00 00 push
$0x0
2a:
e8 fc ff ff ff call 2b
<main+0x2b>
2f:
83 c4 10
add $0x10,%esp
32: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
37:
c9
leave
38:
c3
ret
|
08048368 <main>:
8048368: 55 push %ebp
8048369: 89 e5 mov %esp,%ebp
804836b: 83 ec 08 sub $0x8,%esp
804836e: 83 e4 f0
and $0xfffffff0,%esp
8048371: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
8048376: 83 c0 0f
add $0xf,%eax
8048379: 83 c0 0f add
$0xf,%eax
804837c:
c1 e8 04 shr $0x4,%eax
804837f:
c1 e0 04 shl $0x4,%eax
8048382: 29 c4
sub %eax,%esp
8048384: 83 ec 08
sub $0x8,%esp
8048387: ff 35 94 95 04 08
pushl 0x8049594
804838d: 68 84 84 04 08
push $0x8048484
8048392: e8 19 ff ff ff call
80482b0
<printf@plt>
8048397: 83 c4
10 add $0x10,%esp
804839a:
b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
804839f:
c9
leave
80483a0:
c3
ret
80483a1:
90
nop
80483a2:
90
nop
80483a3:
90
nop
|
簡單說明：由于程序運行時訪問內存，執行跳轉都需要確切的地址。所以匯編處理的目標文件里面沒有包含，而是把這個工作放到連接器中：即定位地址。
當程序需要動態鏈接到某個庫上時，使用該庫的got表動態定位跳轉即可。
具體可以看colyli大俠的《鏈接器和加載器Beta 2》，及《從程序員角度看ELF》
11.連接器腳本ld—script（相關內容來自《GLD中文手冊》）
ld --verbose查看默認鏈接腳本
ld把一定量的目標文件跟檔案文件連接起來,并重定位它們的數據,連接符號引用.一般在編譯一個程序時,最后一步就是運行ld。
實例1：
SECTIONS
{
. = 0x10000;
.text : { *(.text) }
. = 0x8000000;
.data : { *(.data) }
.bss : { *(.bss) }
}
注釋：“.”是定位計數器，設置當前節的地址。
實例2：
floating_point = 0;
SECTIONS
{
. = ALIGN(4);
.text :
{
*(.text)
_etext = .;
PROVIDE(etext = .);
}
. = ALIGN(4);
_bdata = (. + 3) & ~ 3;
.data : { *(.data) }
}
注釋：定義一個符合_etext，地址為.text結束的地方，注意源程序中不能在此定義該符合，否則鏈接器會提示重定義，而是應該象下面這樣使用：
extern char _etext;
但是可以在源程序中使用etext符合，連接器不導出它到目標文件。
實例3：
SECTIONS {
outputa 0x10000 :
{
all.o
foo.o (.input1)
}
outputb :
{
foo.o (.input2)
foo1.o (.input1)
}
outputc :
{
*(.input1)
*(.input2)
}
}
這個例子是一個完整的連接腳本。它告訴連接器去讀取文件all.o中的所有節，并把它們放到輸出節outputa的開始位置處， 該輸出節是從位置0x10000處開始的。從文件foo.o中來的所有節.input1在同一個輸出節中緊密排列。 從文件foo.o中來的所有節.input2全部放入到輸出節outputb中，后面跟上從foo1.o中來的節.input1。來自所有文件的所有余下的.input1和.input2節被寫入到輸出節outputc中。
示例4：連接器填充法則：
SECTIONS { .text : { *(.text) } LONG(1)
.data : { *(.data) }
}
錯誤
SECTIONS { .text : { *(.text) ;
LONG(1) } .data : { *(.data) }
} 正確
示例5：VMA和LMA不同的情況
SECTIONS
{
.text 0x1000 : { *(.text) _etext = . ; }
.mdata 0x2000 :
AT ( ADDR (.text) + SIZEOF (.text) )
{ _data = . ; *(.data); _edata = .
; }
.bss 0x3000 :
{ _bstart = . ; *(.bss)
*(COMMON) ; _bend = . ;}
}
程序：
extern char _etext, _data, _edata,
_bstart, _bend;
char *src = &_etext;
char *dst = &_data;
/* ROM has data at end of text; copy
it. */
while (dst < &_edata) {
*dst++ = *src++;
}
/* Zero bss */
for (dst = &_bstart; dst< &_bend; dst++)
*dst = 0;
示例6：linux-2.6.14/arch/i386/kernel
$ vi vmlinux.lds.S
linux內核的鏈接腳本，自行分析吧，有點復雜哦。