摘要：本文主要講述了Linux下使用匯編的利弊，以及常用匯編工具的使用和語法特點(diǎn)。重點(diǎn)講述了NASM。
引言：匯編語言是低級(jí)語言，與硬件和操作系統(tǒng)緊密聯(lián)系。個(gè)人電腦以前都是用DOS，現(xiàn)在發(fā)展成了WINDOWS 98，而另一個(gè)操作系統(tǒng)Linux也正在崛起。下面比較一下這三個(gè)操作系統(tǒng)：
DOS較穩(wěn)定，速度快無法充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)性能，沒有圖形界面較低。
WINDOWS 98操作簡便，應(yīng)用軟件多,硬件兼容性好；不穩(wěn)定，經(jīng)常死機(jī)，速度慢高。
Linux性能優(yōu)秀，非常穩(wěn)定，界面美觀，操作簡便；缺乏軟件廠商支持，應(yīng)用軟件少免費(fèi)。
由以上的比較可知，Linux操作系統(tǒng)本身具有較大優(yōu)勢(shì)，它的普及應(yīng)該只是時(shí)間問題，所以如何在Linux下開發(fā)軟件是我們計(jì)算機(jī)系學(xué)生必須學(xué)習(xí)與研究的一個(gè)課題。
Linux 下的主要編程語言是C，同時(shí)Linux還支持其他許多編程語言，匯編語言作為最重要的編程語言之一，當(dāng)然也包括在內(nèi)。它能夠完成許多其他語言所不能完成的功能。要學(xué)習(xí)Linux編程，就必須要學(xué)習(xí)Linux下的匯編程序設(shè)計(jì)。下面我就來介紹一下Linux下的匯編程序設(shè)計(jì)。
Linux匯編簡介
一、匯編語言的優(yōu)缺點(diǎn)
由于Linux是用C寫的，所以C自然而然的就成為了Linux的標(biāo)準(zhǔn)編程語言。大部分人都把匯編給忽略了，甚至在因特網(wǎng)上找資料都是非常的困難，很多問題都需要靠自己來嘗試。我認(rèn)為這樣對(duì)待匯編語言是不公平的，不能只看到它的缺點(diǎn)，當(dāng)然也不能只看到它的優(yōu)點(diǎn)，下面把它的優(yōu)缺點(diǎn)作一個(gè)比較：
優(yōu)點(diǎn)：匯編語言可以表達(dá)非常底層的東西
可以直接存取寄存器和I/O；
編寫的代碼可以非常精確的被執(zhí)行；
可以編寫出比一般編譯系統(tǒng)高效的代碼；
可以作為不同語言或不同標(biāo)準(zhǔn)的接口。
缺點(diǎn)：匯編語言是一個(gè)非常低級(jí)的語言
非常冗長單調(diào)，在DOS下編程時(shí)就可以體會(huì)到；
易出BUG，且調(diào)試?yán)щy；
代碼不易維護(hù)；
兼容性不好，與硬件關(guān)系非常緊密。
總的來說，匯編語言要用在必須的地方，盡量少用匯編編寫大型程序，多采用inline模式。
二、匯編語言工具
DOS 下常用的工具M(jìn)ASM和TASM到Linux下就用不起來了，Linux有自己的匯編工具，而且種類非常的多。其中Gas可以算是標(biāo)準(zhǔn)配置，每一種 Linux中都包括有Gas，但是GAS采用的不是我們通常在DOS下采用的匯編語法，它采用的是AT＆T的語法格式，與intel語法格式有很大的不同。
如果要采用與DOS接近的語法格式，就必須用另一種匯編工具NASM，NASM基本與MASM相同，但也有不少地方有較大區(qū)別，特別涉及到操作系統(tǒng)原理時(shí)，與DOS可以說是截然不同。
Linux匯編程序設(shè)計(jì)
一、Hello,world!
幾乎所有的語言入門篇都是以“Hello,world!”為例，那么我也以Hello,world!為例開始。
NASM's standalone Hello-World.asm for Linux
section .text
extern puts
global main
main:
push dword msg ;stash the *** of msg on the stack.
call puts ;call the 'puts' routine (libc?)
add esp, byte 4 ;clean the stack?
ret ;exit.
msg:
db "Hello World!",0
編譯：
nasm –f elf hello.asm
gcc –o hello hello.o
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說明：這個(gè)程序?qū)嶋H上是調(diào)用了，Linux系統(tǒng)的puts函數(shù)，原理與調(diào)用DOS下C語言的函數(shù)相同，先用Extern聲明puts是外部函數(shù)，再把參數(shù)（即msg的地址）壓入堆棧，最后Call函數(shù)實(shí)現(xiàn)輸出。
我們?cè)賮砜匆粋€(gè)程序：
section .text
global main
main:
mov eax,4 ;4號(hào)調(diào)用
mov ebx,1 ;ebx送1表示stdout
mov ecx,msg ;字符串的首地址送入ecx
mov edx,14 ;字符串的長度送入edx
int 80h ;輸出字串
mov eax,1 ;1號(hào)調(diào)用
int 80h ;結(jié)束
msg:
db "Hello World!",0ah,0dh
（編譯同上一個(gè)程序）
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這個(gè)程序與DOS程序十分相似，它用的是linux中的80h中斷，相當(dāng)于DOS下的21h中斷，只是因?yàn)長inux是32位操作系統(tǒng)，所以采用了 EAX、EBX等寄存器。但是Linux作為一個(gè)多用戶的操作系統(tǒng)與DOS又是有著非常大的區(qū)別的。要寫出有特色的程序，不了解操作系統(tǒng)和硬件是不行的。下面我介紹一下Linux操作系統(tǒng)。
二、Linux操作系統(tǒng)簡介
操作系統(tǒng)實(shí)際是抽象資源操作到具體硬件操作細(xì)節(jié)之間的接口。對(duì)Linux這樣的多用戶操作系統(tǒng)來說，它需要避免用戶對(duì)硬件的直接訪問，并防止用戶之間的互相干擾。所以Linux接管了 BIOS調(diào)用和端口輸入輸出，關(guān)于端口輸入輸出方面請(qǐng)參閱Linux IO-Port-Programming HOWTO。而要通過Linux對(duì)硬件硬件進(jìn)行訪問就需要用到System Call，實(shí)際上是許多C的函數(shù)，可以在匯編程序中調(diào)用，調(diào)用方法與DOS下的匯編完全相同，而且用ASM匯編時(shí)不用鏈接額外的庫函數(shù)。
Linux與DOS的主要區(qū)別在于內(nèi)存管理、進(jìn)程（DOS下無進(jìn)程概念）、文件系統(tǒng)，其中內(nèi)存管理和進(jìn)程與匯編編程的關(guān)系比較密切：
1、內(nèi)存管理
對(duì)任一臺(tái)計(jì)算機(jī)而言，其內(nèi)存以及其他資源都是有限的。為了讓有限的物理內(nèi)存滿足應(yīng)用程序?qū)?nèi)存的大需求量，Linux采用了稱為“虛擬內(nèi)存”的內(nèi)存管理方式。Linux將內(nèi)存劃分為容易處理的“內(nèi)存頁”，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，應(yīng)用程序?qū)?nèi)存的需求大于物理內(nèi)存時(shí)，Linux可將暫時(shí)不用的內(nèi)存頁交換到硬盤上，這樣，空閑的內(nèi)存頁可以滿足應(yīng)用程序的內(nèi)存需求，而應(yīng)用程序卻不會(huì)注意到內(nèi)存交換的發(fā)生。
進(jìn)程
進(jìn)程實(shí)際是某特定應(yīng)用程序的一個(gè)運(yùn)行實(shí)體。在Linux系統(tǒng)中，能夠同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程，Linux通過在短的時(shí)間間隔內(nèi)輪流運(yùn)行這些進(jìn)程而實(shí)現(xiàn)“多任務(wù)”。這一短的時(shí)間間隔稱為“時(shí)間片”，讓進(jìn)程輪流運(yùn)行的方法稱為“調(diào)度”，完成調(diào)度的程序稱為調(diào)度程序。通過多任務(wù)機(jī)制，每個(gè)迸程可認(rèn)為只有自己獨(dú)占計(jì)算機(jī)，從而簡化程序的編寫，每個(gè)進(jìn)程有自己單獨(dú)的地址空間，并且只能由這一進(jìn)程訪問，這樣，操作系統(tǒng)避免了進(jìn)程之間的互相干擾以及“壞”程序?qū)ο到y(tǒng)可能造成的危害。
為了完成某特定任務(wù)，有時(shí)需要綜合兩個(gè)程序的功能，例如一個(gè)程序輸出文本，而另一個(gè)程序?qū)ξ谋具M(jìn)行排序。為此，操作系統(tǒng)還提供進(jìn)程間的通訊機(jī)制來幫助完成這樣的任務(wù)。Linux中常見的進(jìn)程間通訊機(jī)制有信號(hào)、管道、共享內(nèi)存、信號(hào)量和套接字等。
三、Linux下的匯編工具
Linux下的匯編工具可謂百家爭鳴，不像DOS下都要給MASM和TASM給控制了。但是Linux下每一種匯編工具都有很大的區(qū)別，要想全部掌握幾乎是不可能的，下面我介紹幾種常用的匯編工具，重點(diǎn)介紹NASM及其使用和語法。
1、GCC
GCC其實(shí)是GNU的C語言產(chǎn)品，但它支持Inline Assemble，在GCC中inline assemble使用就像宏一樣，但它比宏能更清楚更準(zhǔn)確的表達(dá)機(jī)器的工作狀態(tài)。
C是匯編編程的一個(gè)高度概括，它可以減少許多匯編中的麻煩，特別是在GCC這個(gè)C編譯器中，assemble似乎起不了多大的作用。
2、GAS
GAS 是Linux各版本中基本的匯編工具，但它采用的是AT&T的語法標(biāo)準(zhǔn)與Intel的語法標(biāo)準(zhǔn)有很大的不同，對(duì)于DOS編程的我們來說，學(xué)習(xí)起來是非常困難的。當(dāng)然如果要精通Linux下的匯編編程，學(xué)習(xí)GAS也是非常必要的，具體的語法標(biāo)準(zhǔn)可以參看Using GNU Assembler。
3、GASP
GASP是GAS的擴(kuò)展，它增強(qiáng)了GAS對(duì)宏的支持。
4、NASM
NASM是linux中語法與DOS最為相像的一種匯編工具。雖說如此，它與MASM也是有著很大區(qū)別的。
l NASM的使用格式如下：
Nasm –f -o
例如：
Nasm -f elf hello.asm
將把hello.asm匯編成ELF object文件，而Nasm -f bin hello.asm -o hello.com會(huì)把hello.asm匯編成二進(jìn)制可執(zhí)行文件hello.com.Nasm –h將會(huì)列出NASM命令行的完整說明。NASM不會(huì)有任何輸出，除非有錯(cuò)誤發(fā)生。-f 在Linux下主要有aout和ELF兩種，如果你不確定你的Linux系統(tǒng)應(yīng)該用AOUT還是ELF，可以在NASM目錄中輸入 File nasm ，如果輸出nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1表示是ELF，如果輸出nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)表示是aout。
NASM與MASM的主要不同：
首先與linux系統(tǒng)一樣，nasm是區(qū)分大小寫的，Hello與hello將是不同的標(biāo)識(shí)符，如果要匯編到DOS或OS/2，需要加入U(xiǎn)PPERCASE參數(shù)。
其次，nasm中內(nèi)存操作數(shù)都是以[ ]表示。
在MASM中
foo equ 1
bar dw 2
mov ax,foo
mov ax,bar
|
?
將被匯編成完全不同的指令，雖然它們?cè)贛ASM中的表達(dá)方式完全一樣。而NASM完全避免了這種混亂，它使用的是這樣的規(guī)則：所有對(duì)內(nèi)存的操作都必須通過 [ ]來實(shí)現(xiàn)。例如上例中對(duì)bar的操作就要寫成如下形式 mov ax,[bar]。由此可見，nasm中對(duì)offset的使用也是沒有必要的（nasm中無offset）。Nasm對(duì)[ ]的使用與masm也有所不同，所有的表達(dá)式都必須寫在[ ]中，下面舉兩個(gè)例子來說明：
Masm Nasm
Mov ax,table[di]
Mov ax,[table+di]
Mov ax,es:[di]
Mov ax,[es:di]
Mov ax,[di]+1
Mov ax,[di+1]
|
Nasm 中不存儲(chǔ)變量類型，原因很簡單masm中通過[ ]尋址方式的變量也必須要指定類型。Nasm中不支持LODS, MOVS, STOS, SCAS, CMPS, INS, OUTS，只支持lodsb、lodsw等已經(jīng)指定類型的操作。Nasm中不再有assume操作，段地址完全取決于存入段寄存器的值。關(guān)于NASM的使用方法及語法還可以參閱NASM使用手冊(cè)。
結(jié)論
我認(rèn)為不論是在Windows/DOS下還是在Linux下完完全全用匯編編一個(gè)大型程序已經(jīng)是不可能了，也不會(huì)有人愿意去這樣做。在windows下我們可以用VC，在Linux/Xwindows下我們可以用C甚至C++ Builder，但是像VC、C++ Builder之類的工具盡量隱藏了底層的調(diào)用，同時(shí)也阻隔了成為高手的機(jī)會(huì)，因?yàn)榫幊鰜淼某绦驘o法了解它的執(zhí)行過程也就使編程中最重要的“可預(yù)測(cè)”性變得很低。正因?yàn)槿绱藚R編才有它存在的必要性，同時(shí)還有一個(gè)更重要的原因，正如《超級(jí)解霸》的作者梁肇新所說：“編程序的重點(diǎn)不是“編”，而是調(diào)試程序，理論上的完美在實(shí)現(xiàn)的時(shí)候會(huì)遇到很多細(xì)節(jié)問題，這些問題必須調(diào)試才能解決。我的編程習(xí)慣是一天寫五天調(diào)試，《超級(jí)解霸》是調(diào)試出來的，而不是寫出來的。調(diào)試就涉及到匯編的問題，不進(jìn)行匯編級(jí)的調(diào)試是不徹底的，也不能讓人放心。