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。重點講述了NASM。

引言：匯編語言是低級語言，與硬件和操作系統(tǒng)緊密聯(lián)系。個人電腦以前都是用DOS，現(xiàn)在發(fā)展成了WINDOWS 98，而另一個操作系統(tǒng)Linux也正在崛起。下面比較一下這三個操作系統(tǒng)：

DOS較穩(wěn)定，速度快無法充分發(fā)揮計算機性能，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，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。

由以上的比較可知，Linux操作系統(tǒng)本身具有較大優(yōu)勢，它的普及應(yīng)該只是時間問題，所以如何在Linux下開發(fā)軟件是我們計算機系學(xué)生必須學(xué)習(xí)與研究的一個課題。

Linux 下的主要編程語言是C，同時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。下面我就來介紹一下Linux下的匯編程序設(shè)計。

Linux匯編簡介

一、匯編語言的優(yōu)缺點

由于Linux是用C寫的，所以C自然而然的就成為了Linux的標準編程語言。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。我認為這樣對待匯編語言是不公平的，不能只看到它的缺點，當然也不能只看到它的優(yōu)點，下面把它的優(yōu)缺點作一個比較：

優(yōu)點：匯編語言可以表達非常底層的東西

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準的接口。

缺點：匯編語言是一個非常低級的語言

非常冗長單調(diào)，在DOS下編程時就可以體會到；

易出BUG，且調(diào)試困難；

代碼不易維護；

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MASM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可以算是標準配置，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，與DOS可以說是截然不同。

Linux匯編程序設(shè)計

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
																

說明：這個程序?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)實現(xiàn)輸出。

我們再來看一個程序：

																		section .text
global main

main: 
mov eax,4 ;4號調(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號調(diào)用
int 80h ;結(jié)束
msg:
db "Hello World!",0ah,0dh 
（編譯同上一個程序）
																

這個程序與DOS程序十分相似，它用的是linux中的80h中斷，相當于DOS下的21h中斷，只是因為Linux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)實際是抽象資源操作到具體硬件操作細節(jié)之間的接口。對Linux這樣的多用戶操作系統(tǒng)來說，它需要避免用戶對硬件的直接訪問，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參閱Linux IO-Port-Programming HOWTO。而要通過Linux對硬件硬件進行訪問就需要用到System Call，實際上是許多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、進程（DOS下無進程概念）、文件系統(tǒng)，其中內(nèi)存管理和進程與匯編編程的關(guān)系比較密切：

1、內(nèi)存管理

對任一臺計算機而言，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)運行過程中，應(yīng)用程序?qū)?nèi)存的需求大于物理內(nèi)存時，Linux可將暫時不用的內(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)用程序卻不會注意到內(nèi)存交換的發(fā)生。

進程

進程實際是某特定應(yīng)用程序的一個運行實體。在Linux系統(tǒng)中，能夠同時運行多個進程，Linux通過在短的時間間隔內(nèi)輪流運行這些進程而實現(xiàn)“多任務(wù)”。這一短的時間間隔稱為“時間片”，讓進程輪流運行的方法稱為“調(diào)度”，完成調(diào)度的程序稱為調(diào)度程序。通過多任務(wù)機制，每個迸程可認為只有自己獨占計算機，從而簡化程序的編寫，每個進程有自己單獨的地址空間，并且只能由這一進程訪問，這樣，操作系統(tǒng)避免了進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)，有時需要綜合兩個程序的功能，例如一個程序輸出文本，而另一個程序?qū)ξ谋具M行排序。為此，操作系統(tǒng)還提供進程間的通訊機制來幫助完成這樣的任務(wù)。Linux中常見的進程間通訊機制有信號、管道、共享內(nèi)存、信號量和套接字等。

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，重點介紹NASM及其使用和語法。

1、GCC

GCC其實是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確的表達機器的工作狀態(tài)。

C是匯編編程的一個高度概括，它可以減少許多匯編中的麻煩，特別是在GCC這個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的語法標準與Intel的語法標準有很大的不同，對于DOS編程的我們來說，學(xué)習(xí)起來是非常困難的。當然如果要精通Linux下的匯編編程，學(xué)習(xí)GAS也是非常必要的，具體的語法標準可以參看Using GNU Assembler。

3、GASP

GASP是GAS的擴展，它增強了GAS對宏的支持。

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會把hello.asm匯編成二進制可執(zhí)行文件hello.com.Nasm –h將會列出NASM命令行的完整說明。NASM不會有任何輸出，除非有錯誤發(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將是不同的標識符，如果要匯編到DOS或OS/2，需要加入UPPERCASE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，雖然它們在MASM中的表達方式完全一樣。而NASM完全避免了這種混亂，它使用的是這樣的規(guī)則：所有對內(nèi)存的操作都必須通過 [ ]來實現(xiàn)。例如上例中對bar的操作就要寫成如下形式 mov ax,[bar]。由此可見，nasm中對offset的使用也是沒有必要的（nasm中無offset）。Nasm對[ ]的使用與masm也有所不同，所有的表達式都必須寫在[ ]中，下面舉兩個例子來說明：

																		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。

結(jié)論

我認為不論是在Windows/DOS下還是在Linux下完完全全用匯編編一個大型程序已經(jīng)是不可能了，也不會有人愿意去這樣做。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，同時也阻隔了成為高手的機會，因為編出來的程序無法了解它的執(zhí)行過程也就使編程中最重要的“可預(yù)測”性變得很低。正因為如此匯編才有它存在的必要性，同時還有一個更重要的原因，正如《超級解霸》的作者梁肇新所說：“編程序的重點不是“編”，而是調(diào)試程序，理論上的完美在實現(xiàn)的時候會遇到很多細節(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，不進行匯編級的調(diào)試是不徹底的，也不能讓人放心。