writeシステムコールを直接呼び出し
今回第5回は、アセンブラに挑戦してみましょう。アセンブラでは、必然的にOSやCPUに依存したプログラムとなりますが、これは仕方ないところでしょう。
リスト1は、Linux(CPUはx86)版のアセンブラのHello Worldです。このプログラムは、C言語での「write(1, "Hello World\n", 12); _exit(0);」に相当します。アセンブラでは、ソフトウェア割り込み(int $0x80)でwriteシステムコールを直接呼び出してメッセージを表示しています。その後、プログラムを正常に終了するため、_exitシステムコールを呼び出して終了です。このように、Linuxのシステムコールでは、システムコール番号(eax)やその引数の値(ebx、ecx、edxなど)を、CPUレジスタに代入して渡します。
このプログラムは、実はもう少しコードサイズを最適化できるのですが、わかりやすさ優先で記述してあります。
リスト1 Linux(x86)のアセンブラ(as_write_linux.s)
.text ← テキスト(プログラム)セクションの開始
_start: ← 実行開始アドレスのシンボル
.globl _start ← _startをグローバルシンボルにする
mov $12, %edx ← 出力バイト数、12バイトをedxに代入
mov $message, %ecx ← 文字列の先頭アドレスをecxに代入
mov $1, %ebx ← 標準出力のファイル記述子、1番をebxに代入
mov $4, %eax ← writeのシステムコール番号、4番をeaxに代入
int $0x80 ← システムコール実行(ソフトウェア割り込み)
xor %ebx, %ebx ← 終了ステータス、0をebxに代入
mov $1, %eax ← _exitのシステムコール番号、1番をeaxに代入
int $0x80 ← システムコール実行(ソフトウェア割り込み)
message: ← 文字列の先頭アドレスのシンボル
.ascii "Hello World\n" ← 文字列本体
アセンブルには、実行例1のように、gccコマンドがそのまま使えます。ファイルの拡張子が.sの場合、自動的にアセンブラのソースとみなされます。ここで、作成される実行バイナリファイルが、libcや、Cランタイムオブジェクトとリンクしないように、-nostdlibオプションを付けることが重要です。
実行例1 アセンブル方法とプログラムの実行
$ gcc -o as_write_linux as_write_linux.s -nostdlib -static ← -nostdlibを付ける
$ ./as_write_linux ← 作成された実行バイナリファイルを実行
Hello World ← 確かにHello Worldが表示される
$ ← シェルのプロンプトに戻る
FreeBSDの場合
リスト2はFreeBSDの場合のアセンブラです。FreeBSDでは、システムコールがC言語の関数の形で呼び出されることを考慮して、引数をスタックにpushして渡す仕様になっています。この例のようにシステムコールを直接呼び出す場合、引数の後にダミーのリターンアドレスのpushが必要です。
このプログラムは短く、すぐに_exitで終了するため、システムコールの後のpopを行わず、スタックをもとに戻すことを省略しています。
リスト2 FreeBSD(x86)のアセンブラ(as_write_freebsd.s)
.text
_start:
.globl _start
push $12 ← writeの第3引数(出力バイト数)をpush
push $message ← writeの第2引数(文字列のアドレス)をpush
push $1 ← writeの第1引数(ファイル記述子)をpush
push $0 ← ダミーのリターンアドレスをpush
mov $4, %eax ← writeのシステムコール番号、4番をeaxに代入
int $0x80 ← システムコール実行(ソフトウェア割り込み)
push $0 ← _exitの第1引数(終了ステータス)をpush
push $0 ← ダミーのリターンアドレスをpush
mov $1, %eax ← _exitのシステムコール番号、1番をeaxに代入
int $0x80 ← システムコール実行(ソフトウェア割り込み)
message:
.ascii "Hello World\n"
Solaris(x86)の場合
x86版Solarisの場合は、ソフトウェア割り込みの番号が$0x80から$0x91に変わる以外は、FreeBSDと同じになります(リスト3)。
ただし、「int $0x91」はSolaris10のシステムコールです。Solaris9以前では、代わりに「lcall $0x27,$0」または「lcall $7,$0」という命令を使用する必要があります。
リスト3 Solaris10(x86)のアセンブラ(as_write_solaris10.s)
.text
_start:
.globl _start
push $12
push $message
push $1
push $0
mov $4, %eax ← writeのシステムコール番号
int $0x91 ← Solaris10(x86)のシステムコール
push $0
push $0
mov $1, %eax ← _exitのシステムコール番号
int $0x91 ← Solaris10(x86)のシステムコール
message:
.ascii "Hello World\n"
SunOS4(SPARC)の場合
最後にx86以外のCPUの例として、SunOS4(CPUはSPARC)のアセンブラを挙げておきましょう(リスト4)。SunOS4では、システムコールは「ta 0」というトラップ命令を使用し、システムコール番号はg1に、その引数は順にo0、o2、o3などのレジスタに入れて渡します。なお、SPRACでは、レジスタへの32bit定数値の代入が1命令ではできず、sethiとorの2命令を使って行います。
リスト4 SunOS4(SPARC)のアセンブラ(as_write_sunos4.s)
.text
_start:
.globl _start
mov 12, %o2 ← 出力バイト数、12バイトをo2に代入
sethi %hi(message), %o1 ← 文字列のアドレスの上位ビットをo1に代入
or %o1, %lo(message), %o1 ← 文字列のアドレスの下位ビットをo1に代入
mov 1, %o0 ← ファイル記述子1番をo0に代入
mov 4, %g1 ← writeのシステムコール番号4番をg1に代入
ta 0 ← SunOS4のシステムコール(トラップ命令)
clr %o0 ← 終了ステータス0をo0に代入
mov 1, %g1 ← _exitのシステムコール番号1番をg1に代入
ta 0 ← SunOS4のシステムコール(トラップ命令)
.align 8 ← 8バイト境界にそろえる
message:
.ascii "Hello World\n" ← 文字列本体
