和菜鸟一起学linux之GCC内嵌汇编简单实例
经常会在linux内核中看到汇编，而这个汇编又和正常的汇编不太一样，这个就是GCC中的内嵌汇编了。前先天，在移植dvb的frontend的时候看到了mb();这个函数，发现最终其执行的就是
#define barrier __asm__ __volatile__(“”: : : “memory”)
就是不解其中的意思，网上查查资料才发现是嵌入了汇编。看到asm，相信谁都知道是汇编了，但是，这个有什么作用呢？ldd3中也有解释，那就是内存屏蔽，是为了屏蔽编译器的优化的。但是，什么内存屏蔽，什么编译器优化，都不懂咋办呢？还有这个汇编什么意思都不懂，咋办呢？
还是从头开始吧，万事开头难，从那个汇编代码的意思一步一步下去，总会明白的。个人习惯，要知道代码的意思，跑个程序，边调试边理解，那时最好不过的了。不多说，直接上代码：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#define LOCK_PREFIX ""
#define ADDR (*(volatile struct __dummy *) addr)
/*__asm__(汇编语句模板: 输出部分: 输入部分: 破坏描述部分)*/
/*汇编语句模板*/
//语句之间使用“;”、“\n”或“\n\t”分开
//指令中的操作数可以使用占位符引用C语言变量，
//操作数占位符最多10个，名称如下：%0，%1，...，%9
/*输出部分*/
//输出部分描述输出操作数，不同的操作数描述符之间用逗号格开，
//每个操作数描述符由限定字符串和C语言变量组成。
//每个输出操作数的限定字符串必须包含“=”表示他是一个输出操作数
/*输入部分*/
//每个操作数描述符由限定字符串和C语言表达式或者C语言变量组成
/*破坏描述部分*/
//由逗号格开的字符串组成，每个字符串描述
//一种情况，一般是寄存器名；除寄存器外还有“memory”。
//例如：“%eax”，“%ebx”，“memory”等
static __inline__ void set_bit(int nr, volatile void *addr)
{
__asm__ __volatile__(LOCK_PREFIX
"btsl %1, %0" //嵌入的汇编语言指令，btcl为指令操作码，%1,%0是这条指令两个操作数的占位符
:"=m" (ADDR) //"输出"操作数
:"ir" (nr)); //"输入"操作数
}
static __inline__ void add(int bb, volatile int *aa)
{
__asm__ __volatile__(
"addl %2, %0"
:"=r" (*aa)
:"0" (*aa), "g"(bb)
);
}
int main()
{
int addr = 0xfff0;
int aa = 1, bb = 2;
int output, temp;
int input = 6;
#if 0
asm volatile(
"addl %2, %0"
:"=r" (aa)
:"0" (aa), "g"(bb)
);
#endif
#if 0
add(bb, &aa);
printf("%d\n\n", aa);
printf("before: %x\n", addr);
set_bit(2, &addr);
printf("after: %x\n\n", addr);
#endif
#if 1
__asm__ __volatile__("movl $0, %%eax;\n\t \
movl %%eax, %1;\n\t \
movl %2, %%eax;\n\t \
movl %%eax, %0;\n\t"
:"=m"(output),"=m"(temp) /* output */
:"r"(input) /* input */
//:"eax"
);
/*通过破坏描述部分，GCC得知%eax已被使用，因此给 input 分配了%edx。
在使用内嵌汇编时请记住一点：尽量告诉GCC尽可能多的信息，以防出错*/
printf("output: %d\n",output);
#endif
return 0;
}
代码中都有了详细的解释了，相信看了之后，加上跑一把，那么问题都可以迎刃而解了。
这里主要降下，那个
__asm__ __volatile__("movl $0, %%eax;\n\t \
movl %%eax, %1;\n\t \
movl %2, %%eax;\n\t \
movl %%eax, %0;\n\t"
:"=m"(output),"=m"(temp) /* output */
:"r"(input) /* input */
//:"eax"
);
不难看出，这个代码的意思就是 temp=0;output = input;但是如果就是上面的代码的话。那么output永远是0.。
如果把最后一行加上:"eax"的话，那么结果就是对的了。这个就是破坏描述部分的意义所在了。
那么什么是编译器优化呢？
内存访问速度远不及CPU处理速度，为提高机器整体性能，在硬件上引入硬件高速缓存Cache，加速对内存的访问。另外在现代 CPU中指令的执行并不一定严格按照顺序执行，没有相关性的指令可以乱序执行，以充分利用CPU的指令流水线，提高执行速度。
以上是硬件级别的优化。再看软件一级的优化：一种是在编写代码时由程序员优化，另
一种是由编译器进行优化。编译器优化常用的方法有：将内存变量缓存到寄存器；调整指令顺序充分利用CPU指令流水线，常见的是重新排序读写指令。对常规内存进行优化的时候，这些优化是透明的，而且效率很好。由编译器优化或者硬件重新排序引起的问题的解决办法是在从硬件（或者其他处理器）的角度看必须以特定顺序执行的操作之间设置内存屏障（memory barrier），linux提供了一个宏解决编译器的执行顺序问题。
void barrier(void)
这个函数通知编译器插入一个内存屏障，但对硬件无效，编译后的代码会把当前CPU寄存器中的所有修改过的数值存入内存，需要这些数据的时候再重新从内存中读出。
相信你看这篇文章的话，肯定知道volatile这个关键字，它的意思，就是这个变量随时会被改变，所以不能直接保存在寄存器中，不能被优化，而是要用到就存取。
经常，在一个线程当中，很多内存是共享的，而共享的内存中的数据，随时有被其他的线程所改变。所以有了volatile这个关键字可以帮上很多忙。
而#define barrier __asm__ __volatile__(“”: : : “memory”)也起到了这个作用。
使用“volatile”也可以达到这个目的，但是我们在每个变量前增加该关键字，不如使用
“memory”方便。
好了，相信现在，对于为什么用哪个barrier，有了更加详细的了解了吧。
下面贴个AT&T的汇编指令
GAS中每个操作都是有一个字符的后缀，表明操作数的大小。
|
C声明 |
GAS后缀 |
大小(字节) |
|
char |
b |
1 |
|
short |
w |
2 |
|
(unsigned) int / long / char* |
l |
4 |
|
float |
s |
4 |
|
double |
l |
8 |
|
long double |
t |
10/12 |
注意：GAL使用后缀“l”同时表示4字节整数和8字节双精度浮点数，这不会产生歧义因为浮点数使用的是完全不同的指令和寄存器。
操作数格式：
|
格式 |
操作数值 |
名称 |
样例（GAS = C语言） |
|
$Imm |
Imm |
立即数寻址 |
$1 = 1 |
|
Ea |
R[Ea] |
寄存器寻址 |
%eax = eax |
|
Imm |
M[Imm] |
绝对寻址 |
0x104 = *0x104 |
|
（Ea） |
M[R[Ea]] |
间接寻址 |
（%eax）= *eax |
|
Imm(Ea) |
M[Imm+R[Ea]] |
(基址+偏移量)寻址 |
4(%eax) = *(4+eax) |
|
（Ea,Eb） |
M[R[Ea]+R[Eb]] |
变址 |
(%eax,%ebx) = *(eax+ebx) |
|
Imm（Ea,Eb） |
M[Imm+R[Ea]+R[Eb]] |
寻址 |
9(%eax,%ebx)= *(9+eax+ebx) |
|
(,Ea,s) |
M[R[Ea]*s] |
伸缩化变址寻址 |
(,%eax,4)= *(eax*4) |
|
Imm(,Ea,s) |
M[Imm+R[Ea]*s] |
伸缩化变址寻址 |
0xfc(,%eax,4)= *(0xfc+eax*4) |
|
(Ea,Eb,s) |
M(R[Ea]+R[Eb]*s) |
伸缩化变址寻址 |
(%eax,%ebx,4) = *(eax+ebx*4) |
|
Imm(Ea,Eb,s) |
M(Imm+R[Ea]+R[Eb]*s) |
伸缩化变址寻址 |
8(%eax,%ebx,4) = *(8+eax+ebx*4) |
注：M[xx]表示在存储器中xx地址的值，R[xx]表示寄存器xx的值，这种表示方法将寄存器、内存都看出一个大数组的形式。
数据传送指令：
|
指令 |
效果 |
描述 |
|
movl S,D |
D <-- S |
传双字 |
|
movw S,D |
D <-- S |
传字 |
|
movb S,D |
D <-- S |
传字节 |
|
movsbl S,D |
D <-- 符号扩展S |
符号位填充(字节->双字) |
|
movzbl S,D |
D <-- 零扩展S |
零填充(字节->双字) |
|
pushl S |
R[%esp] <-- R[%esp] – 4; M[R[%esp]] <-- S |
压栈 |
|
popl D |
D <-- M[R[%esp]]； R[%esp] <-- R[%esp] + 4; |
出栈 |
注：均假设栈往低地址扩展。
算数和逻辑操作地址：
|
指令 |
效果 |
描述 |
|
leal S,D |
D = &S |
movl地版，S地址入D，D仅能是寄存器 |
|
incl D |
D++ |
加1 |
|
decl D |
D-- |
减1 |
|
negl D |
D = -D |
取负 |
|
notl D |
D = ~D |
取反 |
|
addl S,D |
D = D + S |
加 |
|
subl S,D |
D = D – S |
减 |
|
imull S,D |
D = D*S |
乘 |
|
xorl S,D |
D = D ^ S |
异或 |
|
orl S,D |
D = D | S |
或 |
|
andl S,D |
D = D & S |
与 |
|
sall k,D |
D = D << k |
左移 |
|
shll k,D |
D = D << k |
左移(同sall) |
|
sarl k,D |
D = D >> k |
算数右移 |
|
shrl k,D |
D = D >> k |
逻辑右移 |
特殊算术操作：
|
指令 |
效果 |
|
imull S |
R[%edx]:R[%eax] = S * R[%eax] |
|
mull S |
R[%edx]:R[%eax] = S * R[%eax] |
|
cltd S |
R[%edx]:R[%eax] = 符号位扩展R[%eax] |
|
idivl S |
R[%edx] = R[%edx]:R[%eax] % S; R[%eax] = R[%edx]:R[%eax] / S; |
|
divl S |
R[%edx] = R[%edx]:R[%eax] % S; R[%eax] = R[%edx]:R[%eax] / S; |
注：64位数通常存储为，高32位放在edx，低32位放在eax。
条件码：
条件码寄存器描述了最近的算数或逻辑操作的属性。
CF：进位标志，最高位产生了进位，可用于检查无符号数溢出。
OF：溢出标志，二进制补码溢出——正溢出或负溢出。
ZF：零标志，结果为0。
SF：符号标志，操作结果为负。
比较指令：
|
指令 |
基于 |
描述 |
|
cmpb S2,S1 |
S1 – S2 |
比较字节，差关系 |
|
testb S2,S1 |
S1 & S2 |
测试字节，与关系 |
|
cmpw S2,S1 |
S1 – S2 |
比较字，差关系 |
|
testw S2,S1 |
S1 & S2 |
测试字，与关系 |
|
cmpl S2,S1 |
S1 – S2 |
比较双字，差关系 |
|
testl S2,S1 |
S1 & S2 |
测试双字，与关系 |
访问条件码指令：
|
指令 |
同义名 |
效果 |
设置条件 |
|
sete D |
setz |
D = ZF |
相等/零 |
|
setne D |
setnz |
D = ~ZF |
不等/非零 |
|
sets D |
|
D = SF |
负数 |
|
setns D |
|
D = ~SF |
非负数 |
|
setg D |
setnle |
D = ~(SF ^OF) & ZF |
大于（有符号>） |
|
setge D |
setnl |
D = ~(SF ^OF) |
小于等于(有符号>=) |
|
setl D |
setnge |
D = SF ^ OF |
小于(有符号<) |
|
setle D |
setng |
D = (SF ^ OF) | ZF |
小于等于(有符号<=) |
|
seta D |
setnbe |
D = ~CF & ~ZF |
超过(无符号>) |
|
setae D |
setnb |
D = ~CF |
超过或等于(无符号>=) |
|
setb D |
setnae |
D = CF |
低于(无符号<) |
|
setbe D |
setna |
D = CF | ZF |
低于或等于(无符号<=) |
跳转指令：
|
指令 |
同义名 |
跳转条件 |
描述 |
|
jmp Label |
|
1 |
直接跳转 |
|
jmp *Operand |
|
1 |
间接跳转 |
|
je Label |
jz |
ZF |
等于/零 |
|
jne Label |
jnz |
~ZF |
不等/非零 |
|
js Label |
|
SF |
负数 |
|
jnz Label |
|
~SF |
非负数 |
|
jg Label |
jnle |
~(SF^OF) & ~ZF |
大于(有符号>) |
|
jge Label |
jnl |
~(SF ^ OF) |
大于等于(有符号>=) |
|
jl Label |
jnge |
SF ^ OF |
小于（有符号<） |
|
jle Label |
jng |
(SF ^ OF) | ZF |
小于等于(有符号<=) |
|
ja Label |
jnbe |
~CF & ~ZF |
超过(无符号>) |
|
jae Label |
jnb |
~CF |
超过或等于(无符号>=) |
|
jb Label |
jnae |
CF |
低于(无符号<) |
|
jbe Label |
jna |
CF | ZF |
低于或等于(无符号<=) |
转移控制指令：（函数调用）：
|
指令 |
描述 |
|
call Label |
过程调用，返回地址入栈，跳转到调用过程起始处，返回地址是call后面那条指令的地址 |
|
call *Operand |
|
|
leave |
为返回准备好栈，为ret准备好栈，主要是弹出函数内的栈使用及%ebp |
浙公网安备 33010602011771号