汇编语言使用C库函数和Linux动态链接

使用printf

代码

#cpuid2.s -- Using C labrary calls  
.section .data  
output:          
.asciz "The processor Vender is '%s'\n"
.section .bss          
.lcomm buffer, 12  
.section .text  
.globl _start  
_start:          
movl $0, %eax          
cpuid          
movl $buffer, %edi          
movl %ebx, (%edi)   //含义同cpuid.s，向%edi所指向的buffer内存          
movl %edx, 4(%edi)  //位置写入3个寄存器的内容，这3个寄存器存储了          
movl %ecx, 8(%edi)  //CPU厂商信息的字符串(12字节)          
pushl $buffer       //将buffer和output入栈，为printf提供参数          
pushl $output          
call printf         //调用C的printf函数          
addl $8, %esp       //将堆栈指针回滚8个字节，达到清除printf参数的目的          
pushl $0          
call exit

.asciz是在定义字符串的时侯在字符串结尾加上空字符(即C语言的\0)，这样做的目的是为了让printf能读懂字符串。

.lcomm是在本地内存区域中声明固定长度的未初始化数据，这里初始化了12个字节的空间。

pushl $buffer

#ld -dynamic-linker /lib/ld-linux.so.2 -lc -o cpuid2 cpuid2.o

#./cpuid2

输出

The processor Vendor ID is 'GenuineIntel'

GDB调试

# gdb cpuid2  
GNU gdb (GDB) Red Hat Enterprise Linux (7.2-56.el6)
Copyright (C) 2010 Free Software Foundation, Inc.
License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <http://gnu.org/licenses/gpl.html>
This is free software: you are free to change and redistribute it.
There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.  Type "show copying"
and "show warranty" for details.
This GDB was configured as "i686-redhat-linux-gnu".
For bug reporting instructions, please see:
<http://www.gnu.org/software/gdb/bugs/>...
Reading symbols from /usr/zhms/AS/chap04/cpuid2...done.
(gdb) break _start
Breakpoint 1 at 0x80481b8: file cpuid2.s, line 10.
(gdb) r
Starting program: /usr/zhms/AS/chap04/cpuid2 
Breakpoint 1, _start () at cpuid2.s:10
10          movl $0, %eax
Missing separate debuginfos, use: debuginfo-install glibc-2.12-1.80.el6_3.6.i686
(gdb) i r
eax            0x0      0
ecx            0x0      0
edx            0x758470 7701616
ebx            0x767fc4 7765956
esp            0xbffff6c0       0xbffff6c0
ebp            0x0      0x0
esi            0xbffff6cc       -1073744180
edi            0x80481b8        134513080
eip            0x80481b8        0x80481b8 <_start>
eflags         0x286    [ PF SF IF ]
cs             0x73     115
ss             0x7b     123
ds             0x7b     123
es             0x7b     123
fs             0x0      0
gs             0x33     51
(gdb) s
11          cpuid
(gdb) i r
eax            0x0      0
ecx            0x0      0
edx            0x758470 7701616
ebx            0x767fc4 7765956
esp            0xbffff6c0       0xbffff6c0
ebp            0x0      0x0
esi            0xbffff6cc       -1073744180
edi            0x80481b8        134513080
eip            0x80481bd        0x80481bd <_start+5>
eflags         0x286    [ PF SF IF ]
cs             0x73     115
ss             0x7b     123
ds             0x7b     123
es             0x7b     123
fs             0x0      0
gs             0x33     51
(gdb) s
13          movl %ebx, (%edi)
(gdb) i r
eax            0x5      5
ecx            0x6c65746e       1818588270
edx            0x49656e69       1231384169
ebx            0x756e6547       1970169159
esp            0xbffff6c0       0xbffff6c0
ebp            0x0      0x0
esi            0xbffff6cc       -1073744180
edi            0x80492c0        134517440
eip            0x80481c4        0x80481c4 <_start+12>
eflags         0x286    [ PF SF IF ]
cs             0x73     115
ss             0x7b     123
ds             0x7b     123
es             0x7b     123
fs             0x0      0
gs             0x33     51
(gdb) s
14          movl %edx, 4(%edi)
(gdb) i r
eax            0x5      5
ecx            0x6c65746e       1818588270
edx            0x49656e69       1231384169
ebx            0x756e6547       1970169159
esp            0xbffff6c0       0xbffff6c0
ebp            0x0      0x0
esi            0xbffff6cc       -1073744180
edi            0x80492c0        134517440
eip            0x80481c6        0x80481c6 <_start+14>
eflags         0x286    [ PF SF IF ]
cs             0x73     115
ss             0x7b     123
ds             0x7b     123
es             0x7b     123
fs             0x0      0
gs             0x33     51
(gdb) s
15          movl %ecx, 8(%edi)
(gdb) i r
eax            0x5      5
ecx            0x6c65746e       1818588270
edx            0x49656e69       1231384169
ebx            0x756e6547       1970169159
esp            0xbffff6c0       0xbffff6c0
ebp            0x0      0x0
esi            0xbffff6cc       -1073744180
edi            0x80492c0        134517440
eip            0x80481c9        0x80481c9 <_start+17>
eflags         0x286    [ PF SF IF ]
cs             0x73     115
ss             0x7b     123
ds             0x7b     123
es             0x7b     123
fs             0x0      0
gs             0x33     51
(gdb) s
16          pushl $buffer
(gdb) i r
eax            0x5      5
ecx            0x6c65746e       1818588270
edx            0x49656e69       1231384169
ebx            0x756e6547       1970169159
esp            0xbffff6c0       0xbffff6c0
ebp            0x0      0x0
esi            0xbffff6cc       -1073744180
edi            0x80492c0        134517440
eip            0x80481cc        0x80481cc <_start+20>
eflags         0x286    [ PF SF IF ]
cs             0x73     115
ss             0x7b     123
ds             0x7b     123
es             0x7b     123
fs             0x0      0
gs             0x33     51
(gdb) s
17          pushl $output
(gdb) i r
eax            0x5      5
ecx            0x6c65746e       1818588270
edx            0x49656e69       1231384169
ebx            0x756e6547       1970169159
esp            0xbffff6bc       0xbffff6bc
ebp            0x0      0x0
esi            0xbffff6cc       -1073744180
edi            0x80492c0        134517440
eip            0x80481d1        0x80481d1 <_start+25>
eflags         0x286    [ PF SF IF ]
cs             0x73     115
ss             0x7b     123
ds             0x7b     123
es             0x7b     123
fs             0x0      0
gs             0x33     51
(gdb) s
18          call printf
(gdb) i r
eax            0x5      5
ecx            0x6c65746e       1818588270
edx            0x49656e69       1231384169
ebx            0x756e6547       1970169159
esp            0xbffff6b8       0xbffff6b8
ebp            0x0      0x0
esi            0xbffff6cc       -1073744180
edi            0x80492c0        134517440
eip            0x80481d6        0x80481d6 <_start+30>
eflags         0x286    [ PF SF IF ]
cs             0x73     115
ss             0x7b     123
ds             0x7b     123
es             0x7b     123
fs             0x0      0
gs             0x33     51
(gdb) s
0x007b63e0 in printf () from /lib/libc.so.6
(gdb) i r
eax            0x5      5
ecx            0x6c65746e       1818588270
edx            0x49656e69       1231384169
ebx            0x756e6547       1970169159
esp            0xbffff6b4       0xbffff6b4
ebp            0x0      0x0
esi            0xbffff6cc       -1073744180
edi            0x80492c0        134517440
eip            0x7b63e0 0x7b63e0 <printf>
eflags         0x246    [ PF ZF IF ]
cs             0x73     115
ss             0x7b     123
ds             0x7b     123
es             0x7b     123
fs             0x0      0
gs             0x33     51
(gdb) s
Single stepping until exit from function printf,
which has no line number information.
The processor Vendor ID is 'GenuineIntel'
_start () at cpuid2.s:19
19          addl $8, %esp
(gdb) i r
eax            0x2a     42
ecx            0xbffff6a0       -1073744224
edx            0x8fe364 9429860
ebx            0x756e6547       1970169159
esp            0xbffff6b8       0xbffff6b8
ebp            0x0      0x0
esi            0xbffff6cc       -1073744180
edi            0x80492c0        134517440
eip            0x80481db        0x80481db <_start+35>
eflags         0x286    [ PF SF IF ]
cs             0x73     115
ss             0x7b     123
ds             0x7b     123
es             0x7b     123
fs             0x0      0
gs             0x33     51
(gdb) s
20          pushl $0
(gdb) i r
eax            0x2a     42
ecx            0xbffff6a0       -1073744224
edx            0x8fe364 9429860
ebx            0x756e6547       1970169159
esp            0xbffff6c0       0xbffff6c0
ebp            0x0      0x0
esi            0xbffff6cc       -1073744180
edi            0x80492c0        134517440
eip            0x80481de        0x80481de <_start+38>
eflags         0x296    [ PF AF SF IF ]
cs             0x73     115
ss             0x7b     123
ds             0x7b     123
es             0x7b     123
fs             0x0      0
gs             0x33     51
(gdb) s
21          call exit
(gdb) i r
eax            0x2a     42
ecx            0xbffff6a0       -1073744224
edx            0x8fe364 9429860
ebx            0x756e6547       1970169159
esp            0xbffff6bc       0xbffff6bc
ebp            0x0      0x0
esi            0xbffff6cc       -1073744180
edi            0x80492c0        134517440
eip            0x80481e0        0x80481e0 <_start+40>
eflags         0x296    [ PF AF SF IF ]
cs             0x73     115
ss             0x7b     123
ds             0x7b     123
es             0x7b     123
fs             0x0      0
gs             0x33     51
(gdb) s
0x00799060 in exit () from /lib/libc.so.6
(gdb) i r
eax            0x2a     42
ecx            0xbffff6a0       -1073744224
edx            0x8fe364 9429860
ebx            0x756e6547       1970169159
esp            0xbffff6b8       0xbffff6b8
ebp            0x0      0x0
esi            0xbffff6cc       -1073744180
edi            0x80492c0        134517440
eip            0x799060 0x799060 <exit>
eflags         0x246    [ PF ZF IF ]
cs             0x73     115
ss             0x7b     123
ds             0x7b     123
es             0x7b     123
fs             0x0      0
gs             0x33     51
(gdb) s
Single stepping until exit from function exit,
which has no line number information.
Program exited normally.
(gdb) i r
The program has no registers now.
(gdb) 

ld-linux.so查找共享库的顺序

这里引出一个问题，怎么知道ld-linux.so.2是什么以及定位

Glibc安装的库中有一个为ld-linux.so.X，其中X为一个数字，在不同的平台上名字也会不同。可以用ldd查看：

#ldd /bin/cat

最后一个没有=>的就是。其中第一个不是实际的库文件，你是找不到的，它是一个虚拟库文件用于和kernel交互。
ld-linux.so是专门负责寻找库文件的库。以cat为例，cat首先告诉ld-linux.so它需要libc.so.6这个库文件，ld-linux.so将按一定顺序找到libc.so.6库再给cat调用。
那ld-linux.so又是怎么找到的呢？其实不用找，ld-linux.so的位置是写死在程序中的，gcc在编译程序时就写死在里面了。Gcc写到程序中ld-linux.so的位置是可以改变的，通过修改gcc的spec文件。

运行时，ld-linux.so查找共享库的顺序
（1）ld-linux.so.6在可执行的目标文件中被指定，可用readelf命令查看
（2）ld-linux.so.6缺省在/usr/lib和lib中搜索；当glibc安装到/usr/local下时，它查找/usr/local/lib
（3）LD_LIBRARY_PATH环境变量中所设定的路径
（4）/etc/ld.so.conf（或/usr/local/etc/ld.so.conf）中所指定的路径，由ldconfig生成二进制的ld.so.cache中

编译时，ld-linux.so查找共享库的顺序
（1）ld-linux.so.6由gcc的spec文件中所设定
（2）gcc --print-search-dirs所打印出的路径，主要是libgcc_s.so等库。可以通过GCC_EXEC_PREFIX来设定
（3）LIBRARY_PATH环境变量中所设定的路径，或编译的命令行中指定的-L/usr/local/lib
（4）binutils中的ld所设定的缺省搜索路径顺序，编译binutils时指定。（可以通过“ld --verbose | grep SEARCH”来查看）
（5）二进制程序的搜索路径顺序为PATH环境变量中所设定。一般/usr/local/bin高于/usr/bin
（6）编译时的头文件的搜索路径顺序，与library的查找顺序类似。一般/usr/local/include高于/usr/include

用 Linux 进行动态链接

ELF映像

Linux 中的动态链接的共享库的过程。当用户启动一个应用程序时，它们正在调用一个可执行和链接格式（Executable and Linking Format，ELF）映像。内核首先将 ELF 映像加载到用户空间虚拟内存中。然后内核会注意到一个称为 .interp 的 ELF 部分，它指明了将要被使用的动态链接器（例如：/lib/ld-linux.so）。

一个ELF头在文件的开始，保存了路线图(road map)，描述了该文件的组织情况。sections保存着object 文件的信息，从连接角度看：包括指令，数据,符号表，重定位信息等等。

使用 readelf 来显示程序标题

#readelf -l cpuid2

注意，ld-linux.so 本身就是一个 ELF 共享库，但它是静态编译的并且不具备共享库依赖项。当需要动态链接时，内核会引导动态链接（ELF 解释器），该链接首先会初始化自身，然后加载指定的共享对象（已加载则不必）。接着它会执行必要的再定位，包括目标共享对象所使用的共享对象。

#readelf -l cpuid2.o

There are no program headers in this file.

ldd命令

Linux 提供了很多种查看和解析 ELF 对象（包括共享库）的工具。其中最有用的一个当属 ldd命令，可以使用它来发现共享库依赖项。

#ldd cpuid2

ldd所告诉您的是：该 ELF 映像依赖于 linux-gate.so（一个特殊的共享对象，它处理系统调用，它在文件系统中无关联文件），GNU C库（libc.so）以及 Linux 动态加载器（因为它里面有共享库依赖项）。

#ldd cpuid2.o

ldd: 警告: 你没有执行权限 `./cpuid2.o'
不是动态可执行文件

readelf识别对象内可再定位的C库

readelf 命令是一个有很多特性的实用程序，它让您能够解析和读取 ELF 对象。readelf 有一个有趣的用途，就是用来识别对象内可再定位的项。对于我们这个简单的程序来说，可以看到需要再定位的符号

#readelf -r cpuid2

从这个列表中，您可以看到各种各样的需要再定位（到 libc.so）的 C库调用。

#readelf -r cpuid2.o

readelf查看共享库的依赖库（NEEDED）和搜索名（SONAME）

#readelf -d cpuid2

#readelf -d cpuid2.o

无输出

readelf查看ELF头信息

#readelf -h cpuid2

#readelf -h cpuid2.o

附录

#man readelf

参考：Linux 动态库剖析

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-dynamic-libraries/