qwr*_*qwr 27 c assembly x86-64 system-calls abi
我遇到了一个没有 libc 的最小 HTTP 服务器：https : //github.com/Francesco149/nolibc-httpd
我可以看到定义了基本的字符串处理函数，导致write系统调用：
#define fprint(fd, s) write(fd, s, strlen(s))
#define fprintn(fd, s, n) write(fd, s, n)
#define fprintl(fd, s) fprintn(fd, s, sizeof(s) - 1)
#define fprintln(fd, s) fprintl(fd, s "\n")
#define print(s) fprint(1, s)
#define printn(s, n) fprintn(1, s, n)
#define printl(s) fprintl(1, s)
#define println(s) fprintln(1, s)
基本的系统调用在 C 文件中声明：
size_t read(int fd, void *buf, size_t nbyte);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbyte);
int open(const char *path, int flags);
int close(int fd);
int socket(int domain, int type, int protocol);
int accept(int socket, sockaddr_in_t *restrict address,
socklen_t *restrict address_len);
int shutdown(int socket, int how);
int bind(int socket, const sockaddr_in_t *address, socklen_t address_len);
int listen(int socket, int backlog);
int setsockopt(int socket, int level, int option_name, const void *option_value,
socklen_t option_len);
int fork();
void exit(int status);
所以我猜魔术发生在start.S，它包含_start一种特殊的编码系统调用的方式，它通过创建全局标签并在 r9 中累积值以节省字节：
.intel_syntax noprefix
/* functions: rdi, rsi, rdx, rcx, r8, r9 */
/* syscalls: rdi, rsi, rdx, r10, r8, r9 */
/* ^^^ */
/* stack grows from a high address to a low address */
#define c(x, n) \
.global x; \
x:; \
add r9,n
c(exit, 3) /* 60 */
c(fork, 3) /* 57 */
c(setsockopt, 4) /* 54 */
c(listen, 1) /* 50 */
c(bind, 1) /* 49 */
c(shutdown, 5) /* 48 */
c(accept, 2) /* 43 */
c(socket, 38) /* 41 */
c(close, 1) /* 03 */
c(open, 1) /* 02 */
c(write, 1) /* 01 */
.global read /* 00 */
read:
mov r10,rcx
mov rax,r9
xor r9,r9
syscall
ret
.global _start
_start:
xor rbp,rbp
xor r9,r9
pop rdi /* argc */
mov rsi,rsp /* argv */
call main
call exit
这种理解是否正确？GCC 使用start.S为系统调用定义的符号，然后程序启动_start并main从 C 文件调用？
单独的httpd.asm自定义二进制文件如何工作？只是结合 C 源代码和开始汇编的手工优化汇编？
Pet*_*des 12
（我克隆了 repo 并调整了 .c 和 .S 以使用 clang -Oz 更好地编译：992 字节，从使用 gcc 的原始 1208 减少。在我的叉子中查看WIP-clang-tuning 分支，直到我开始清理启动并发送拉取请求。使用 clang，系统调用的内联 asm确实节省了总体大小，尤其是当 main 没有调用也没有 rets 时。如果我想.asm在从编译器输出重新生成后手动打高尔夫球，IDK肯定有可以节省大量成本的部分，例如lodsb在循环中使用。）
它看起来像他们需要的r9是0 之前任何这些标签的呼叫，无论是与一个寄存器全局变量也许gcc -ffixed-r9告诉GCC到不应该插手该寄存器永久。否则 GCC 会在 中留下任何垃圾r9，就像其他寄存器一样。
他们的函数是用普通原型声明的，而不是 6 个带有虚拟0args 的 args 来使每个调用站点实际上为零r9，所以这不是他们的做法。
编码系统调用的特殊方式
我不会将其描述为“编码系统调用”。也许“定义系统调用包装函数”。他们正在为每个系统调用定义自己的包装函数，以一种优化的方式进入底部的一个公共处理程序。在 C 编译器的 asm 输出中，您仍会看到call write.
（对于最终的二进制文件来说，使用内联 asm 让编译器将syscall指令与正确寄存器中的 args内联，而不是使它看起来像一个破坏所有调用破坏寄存器的普通函数，这可能会更紧凑。特别是如果编译铛-Oz它将使用3字节push 2/pop rax代替5-字节mov eax, 2建立的呼叫号码。 push imm8/ pop/syscall的大小与相同call rel32。）
是的，您可以使用.global foo/以手写的 asm 定义函数foo:。 您可以将其视为一个大型函数，其中包含针对不同系统调用的多个入口点。 在 asm 中，执行总是传递到下一条指令，而不管标签如何，除非您使用 jump/call/ret 指令。CPU 不知道标签。
所以它就像一个switch(){}没有标签break;之间的 C语句case:，或者就像你可以用goto. 当然，除了在 asm 中，您可以在全局范围内执行此操作，而在 C 中，您只能转到函数内。在 asm 中，您可以call而不仅仅是goto( jmp)。
static long callnum = 0; // r9 = 0 before a call to any of these
...
socket:
callnum += 38;
close:
callnum++; // can use inc instead of add 1
open: // missed optimization in their asm
callnum++;
write:
callnum++;
read:
tmp=callnum;
callnum=0;
retval = syscall(tmp, args);
或者如果你把它改写为一个尾调用链，我们甚至可以省略它jmp foo，而是直接失败：如果你有一个足够聪明的编译器，像这样的 C 真的可以编译成手写的 asm。（你可以解决 arg-type
register long callnum asm("r9"); // GCC extension
long open(args...) {
callnum++;
return write(args...);
}
long write(args...) {
callnum++;
return read(args...); // tailcall
}
long read(args...){
tmp=callnum;
callnum=0; // reset callnum for next call
return syscall(tmp, args...);
}
args...是传递参数的寄存器（RDI、RSI、RDX、RCX、R8），它们只是保持不变。R9 是 x86-64 System V 的最后一个 arg-passing 寄存器，但他们没有使用任何需要 6 个 args 的系统调用。 setsockopt需要 5 个参数，所以他们不能跳过mov r10, rcx. 但是他们能够将 r9 用于其他用途，而不是需要它来传递第 6 个参数。
这是会哄他们正在努力地试图以牺牲性能为代价节省字节，但仍使用xor rbp,rbp代替xor ebp,ebp。除非他们用 构建gcc -Wa,-Os start.S，否则GAS 不会为你优化掉 REX 前缀。（GCC 是否优化汇编源文件？）
他们可以用xchg rax, r9（2 个字节，包括 REX）而不是mov rax, r9（REX + opcode + modrm）保存另一个字节。（代码 Golf.SE x86 机器代码提示）
我也使用过，xchg eax, r9d因为我知道 Linux 系统调用号适合 32 位，尽管它不会节省代码大小，因为仍然需要 REX 前缀来编码r9d寄存器号。此外，在他们只需要加 1 的情况下，inc r9d只有 3 个字节，而add r9d, 1不是 4 个字节（REX + 操作码 + modrm + imm8）。（no-modrm 短格式编码inc仅在 32 位模式下可用；在 64 位模式下，它被重新用作 REX 前缀。）
mov rsi,rsp也可以将一个字节保存为push rsp/ pop rsi（每个 1 个字节）而不是 3 字节的 REX + mov。这将为使用xchg edi, eaxbefore返回 main 的返回值腾出空间call exit。
但是因为他们没有使用 libc，他们可以内联那个exit，或者把系统调用放在下面， _start这样他们就可以落入其中，因为它exit恰好是编号最高的系统调用！或者至少jmp exit因为它们不需要堆栈对齐，并且jmp rel8比call rel32.
另外，单独的 httpd.asm 自定义二进制文件是如何工作的？只是结合 C 源代码和开始汇编的手工优化汇编？
不，这是完全独立的，包含 start.S 代码（在?_017:标签处），并且可能是手动调整的编译器输出。 也许来自链接的可执行文件的手动反汇编，因此即使对于来自手写 asm 的部分也没有很好的标签名称。（具体来说，来自Agner Fog 的objconv，它在其 NASM 语法反汇编中使用该格式作为标签。）
（Ruslan 还指出了jnzafter 之类的东西cmp，而不是jne它对人类具有更合适的语义含义，因此它的另一个标志是编译器输出，而不是手写。）
我不知道他们是如何安排让编译器不碰r9. 看来只是运气。自述文件表明只编译 .c 和 .S 对他们有用，他们的 GCC 版本。
至于 ELF 标头，请参阅文件顶部的注释，该注释链接了创建真正适用于 Linux 的真正青少年 ELF 可执行文件的旋风教程- 您可以使用它进行组装nasm -fbin，输出是一个完整的 ELF 二进制文件，可以运行。 不是需要链接 + 剥离的 .o，因此您可以考虑文件中的每个字节。
你对正在发生的事情非常正确。非常有趣，我以前从未见过这样的事情。但基本上就像你说的，每次它调用标签时，就像你说的那样，r9不断累加，直到达到read，其系统调用号为 0。这就是为什么顺序非常聪明。假设r9在read调用之前为 0 （在调用正确的系统调用之前read标签本身为零r9），则不需要添加，因为r9已经具有所需的正确系统调用号。write的syscall号是1，所以只需要从0开始加1就可以了，在宏调用中显示。open的系统调用号是 2，所以首先在open标签处加 1 ，然后在标签处加 1write标签，然后将正确的系统调用号放入rax的read标签。等等。像rdi、rsi、rdx等参数寄存器也没有被触及，所以它基本上就像一个普通的函数调用。
另外，单独的 httpd.asm 自定义二进制文件是如何工作的？只是结合 C 源代码和开始汇编的手工优化汇编？
我假设你在谈论这个文件。不确定这里到底发生了什么，但看起来正在手动创建一个 ELF 文件，可能是为了进一步减小大小。