12 Commits

Author SHA1 Message Date
6794efeedd docs: маленькое пояснение к README 2024-10-02 22:23:23 +03:00
414f189d18 feat: написаны функции сравнения времени выполнения 2024-10-02 20:07:05 +03:00
4b05989ba5 fix(utils): добавил флаг отладки в Makefile 2024-10-02 20:06:42 +03:00
e86f3701fe feat: приведен шаблон для решения 3 пункта задания
Вроде там еще надо будет что-то сравнить по быстродействию, это добавлю в будущих коммитах
2024-10-02 18:10:34 +03:00
a309019bdb feat: добавлены замеры тиков для последней команды 2024-10-01 22:20:37 +03:00
f2ca981037 fix: убраны дебажные команды 2024-10-01 20:55:08 +03:00
0aed286bcb fix: исправлен недочет при расчете времени 2024-10-01 16:17:15 +03:00
541524bd6f feat: первый прототип для 2 пунтка написан 2024-10-01 15:58:31 +03:00
df80a7190e feat: написаны приготовления для 2 пункта
В приготовления входит макрос для замера времени и предварительно записанные строки для printf
2024-10-01 12:52:23 +03:00
4594912561 feat: решен первый пункт
Этот пункт действительно предполагает просто воспользоваться всеми типами адресации
2024-10-01 12:51:05 +03:00
95df24eaa5 feat: добавлена отдельная логика компиляции для task2
Дело в том, что там я намереваюсь воспользоваться фукнциями стандратной библиотеки Си, поэтому процесс компиляции должен быть особым
2024-10-01 12:49:35 +03:00
53a82c8ea0 feat: скопирован старый Makefile 2024-09-30 15:16:32 +03:00
12 changed files with 362 additions and 326 deletions

View File

@ -2,121 +2,3 @@
## Введение в низкоуровневое программирование. Встроенный отладчик. Встроенный Ассемблер
## Переписываем шаблон
Поскольку весь шаблонный текст написан под MS-DOS, мы очевидным образом не можем его использовать для решения задачи под linux.
Замены требуют следующие функции:
- getch
- delay
- inp
- bioskey
### getch
Наиболее простая замена будет для `getch()`, поскольку единственное ее назначение - ожидать нажатия клавиши. В этом контексте у линукса есть полноценная замена в виде `system("pause")`
### delay
Здесь уже несколько посложнее, потому что DOS'овский `delay` использует задержку в миллисекундах, а линуксовый `sleep` - в секундах. Поэтому используем функцию `usleep`. Она принимает время задержки в микросекундах, поэтому для получения миллисекунда нужно просто умножить на 1000. То есть код:
```C
void delay(unsigned ms)
{
usleep(ms * 1000);
}
```
### bioskey
Из всех пока что самая сложная замена. Если вызвать `bioskey(1)`, то она вытаст 1 если какая либо клавиша была нажата и 0 если не была. при этом проверка происходит в моменте и не блокирует выполнение программы.
Для иммитации этого на линуксе нам потребуется неканонический режим ввода в терминал, а также сделать так, чтобы все печатаемое не выводилось в курсор. Этого можно добиться 2 способами:
1. Покурить гигагалактический томик по ассемблеру и узнать про системный вызов ioctl, после чего руками разметить область оперативной памяти, провести все системные вызовы, потом при помощи poll проверять наличие символов в буфере, обрабатывать ошибки и интегрировать функции через прототипы в наш код на C
2. Сдаться и выбрать путь языка C
Я уже сказал, что я из слабых, поэтому писать кусок на ассемблере как-то не горю желанием (хотя может когда-нибудь в будущем по просьбам напишу)
#### Зависимости
Язык программирования C имеет определенный уровень абстракции от конкретных системных вызовов и предоставляет нам несколько вещей:
- `<termios.h>` - структура данных, хранящая информацию о текущем состоянии терминала, а также удобные методы `tcgetattr` и `tcsetattr`
- `<unistd.h>` - Библиотека, используемая для унификации дескрипторов, битов и прочих унификаций
- `<stdlib.h>` - много чего, но нам для безопасности потребуется `atexit`, чтобы если что-то пошло не так, у нас не наебнулся терминал
Опционально берется `<stdio.h>` для целей адекватного вывода ошибок. Не обязательно, но предпочтительно
#### Реализация
Для начала нам необходимо сохранить свой текущий терминал, чтобы без проблем его восстановить в будущем, для этого заводим в памяти переменную (придется сделать ее глобальной, потому что на инкапсуляцию и защиту нет времени, нервов и желания)
```C
struct termios saved_attributes;
```
Далее сразу напишем функцию для восстановления
```C
void reset_input_mode()
{
tcsetattr (STDIN_FILENO, TCSANOW, &saved_attributes);
}
```
Здесь `STDIN_FILENO` - это дескриптор потока стандартного ввода (ввод с консоли по простяге). Вообще это число, но в `<unistd.h>` он вынесен в макрос для хоть какой-то унификации, `TCSANOW` - тоже число. В контексте функции `tcsetattr` оно заставляет изменениям в формате терминала вступить в силу немедленно, вне зависимости от того, есть ли еще в буфере текст на вывод. Другими вариантами могут стать:
- `TCSANOW` - применить изменения сразу при сигнале и продолжать предыдущий вывод с того же места, где он кончился
- `TCSADRAIN` - заставит сначала очистить текущий буфер вывода до дна, а только потом сменит режим. То есть сначала все, что было на момент запроса в буфере, будет выведено, а только потом сменится режим терминала
- `TCSAFLUSH` - то же, что и `TCSADRAIN`, только еще и сносит весь буффер ввода
```C
void set_input_mode()
{
struct termios tattr;
char *name;
// Убеждаемся, что STDIN - это терминал
if (!isatty (STDIN_FILENO))
{
fprintf (stderr, "Not a terminal.\n");
exit (EXIT_FAILURE);
}
// Сохраняем параметры текущего терминала
//для последующего восстановления
tcgetattr (STDIN_FILENO, &saved_attributes);
atexit (reset_input_mode);
// Устанавливаем все режимы, которые
// нас в общем-то интересуют
tcgetattr (STDIN_FILENO, &tattr);
tattr.c_lflag &= ~(ICANON|ECHO); /* Clear ICANON and ECHO. */
tattr.c_cc[VMIN] = 0;
tattr.c_cc[VTIME] = 0;
tcsetattr (STDIN_FILENO, TCSAFLUSH, &tattr);
}
```
## Исправление ассемблерных вставок
Должен сказать, что я не большой поклонник "inline assembly". На мой субъективный взгляд намного лучше, читаемее и стабильнее добавлять ассемблер на этапе линковки. Это дает несколько приятных бонусов:
1. Код можно поддерживать на любимом ассемблере
2. Код ассемблера можно компилить отдельно
3. Код программы на C становится ощутимо чище (*лично на мой взгляд ассемблерные вставки плохо смотрятся в коде*), а также все макросы ассемблера не касаются кода на C
4. Меньше потенциальных ошибок из-за того, что вы что-то не так поняли и откомпилировалось все неправильно
Помимо прочего очень важный момент: я использую gcc для компиляции, а в отличие от clang, он довольно ленивый и наши строки для ассемблера в нетронутом виде отправятся прямо в текст программы, которая затем будет скормлена ассемблеру. Отсюда следует несколько нюансов:
- Стандартный ассемблер, используемый `gcc` - `as` и по умолчанию он использует синтаксис AT&T. Однако я не очень люблю этот синтаксис, предпочитаю работать с синтаксисом intel. Выхода тут 2:
- Дать компилятору флаг -masm=intel, после чего уже собственный ассемблер переключится на intel синтаксис
- В начале каждой ассемблерной вставки ставить ".intel_syntax noprefix", а после вставки но перед параметрами ставить ".att_syntax prefix". Это может периодически плохо работать
- При написании ассемблера необходимо соблюдать все переносы строк и при этом указывать это явно (поэтому в конце строк у меня и появляются `\n\t` - это поддержание табуляции и переноса строки
- Компилятору надо понимать, что будет происходить с переменными и регистрами во время ассемблерной вставки, поэтому и это тоже придется указать отдельно
Собственно видно, что есть ньансы, которые и заставляют меня сделать выбор в пользу обычного ассемблера и линковки, но раз лаба хочет, чтобы использовался именно inline, то будем использовать inline
UPD 12.09.24 22:00: в самый последний момент преподаватель решил в своей методички пингануть адрес в памяти, который в ms-dos отведен для хранени данных BIOS, а конкретнее ту часть, которая отведена под системные часы насколько я понимаю. В случае DOS это вполне себе реальная память, которая вполне себе реально существует более того, в досе процессор находится в режиме реальных адресов. Linux в свою очередь относится к приколам с обращением к произвольному участку памяти как к уязвимостям, поэтому не дает просто почитать или пописать в непромапаную память. Но это пол беды на самом-то деле, ведь вся память у любой программы виртуальная и уже на уровне операционной системы и процессора перегонятся в виртуальную, поэтому даже если я воспользуюсь `mmap` и промапаю соответствующий адрес в памяти, в нем будет просто лежать мусор и не более. Поэтому последнюю часть работы, где достается время из памяти BIOS я пропускаю за невозможностью ее выполнить на машине на базе Linux

View File

@ -1,135 +0,0 @@
#include <stdio.h>
#include <sys/io.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include "substitutions.h"
#define PortCan0 0x40
void beep(unsigned iTone, unsigned iDlit);
void delay(unsigned int ms)
{
usleep(ms * 1000);
}
int main(void) {
long int lCnt = 0;
int iA = 0x1234;
char *pT = (char *)0x46C;
printf("\nПечатаем 10 раз значение байта с известным адресом\n");
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
printf(" \n %d ", *pT);
}
printf("\n Для продолжения нажмите любую клавишу \n");
system("pause"); // Ждем нажатия клавиши
printf("\n Читаем содержимое порта с адресом 40 с помощью функции Си \n");
printf("\n Для выхода из цикла - нажмите любую клавишу \n");
// Линуксу не сильно нравится, что ты насилуешь порты ввода и вывода процессора, поэтому нужно выдать ему на это дело разрешение
ioperm(PortCan0, 1, 3); // Что означает тройка напишу позже
set_input_mode();
while (isKeyPressed() == 0) {
printf("\n Порт40 = %d", inb(PortCan0));
delay(500);
}
reset_input_mode();
system("pause");
printf("\n Читаем содержимое порта с адресом 40 ассемблером \n");
set_input_mode();
while (isKeyPressed() == 0) {
// asm {
// push ax
// in al,0x40
// }
unsigned char Tmm = 0;
asm (
"push rax\n\t"
"in al, 0x40"
"mov %0, al"
"pop rax"
:"=r"(Tmm)
:
:"rax"
);
delay(500);
printf("\n Порт40 = %d", Tmm);
}
reset_input_mode();
system("pause");
printf("\n Для продолжения - нажмите любую клавишу \n");
system("pause");
long *pTime = (long *)0x46C;
set_input_mode();
while (isKeyPressed() == 0) {
printf("\n %ld", *pTime);
delay(1000);
}
reset_input_mode();
system("pause");
// Данная секция закомментирована, поскльку линукс не дает обратиться к
// не промапанной и не аллоцированной памяти. Но даже если ее аллоцировать
// mmem'ом, все равно эта память будет виртуальная, поэтому смысла делать
// это не имеет. Вариант просмотра содержимого условной ячейки памяти на nasm
// приведен в файле time.asm. Объяснить тот код, который я вижу
// на базовом уровне я в состоянии
// int Time;
// set_input_mode();
// while (isKeyPressed() == 0) {
// Здесь происходит операция получения времени суток при
// помощи обращения к специально размеченой области памяти
// Однако можно ли такой фокус сделать в linux это еще надо узнать
// asm push ds
// asm push si
// asm mov ax, 40h
// asm mov ds, ax
// asm mov si, 0x6C
// asm mov ax, [ds : si]
// asm mov Time, ax
// asm pop si
// asm pop ds
// asm(
// "mov "
// );
//
// printf("\n %d", Time);
// delay(300);
// }
// reset_input_mode();
//
// beep(400, 200);
// for (lCnt = 0; lCnt < 1000000; lCnt++) {
// a1:
// asm {
// mov ax,iA
// mov ax,iA
// mov ax,iA
// mov ax,iA
// mov ax,iA
// mov ax,iA
// mov ax,iA
// mov ax,iA
// mov ax,iA
// a2:
// mov ax,iA
// }
// }
// beep(400, 200);
// здесь секция для выполнения замеров времени. Поскольку доступ к звуку
// Я иметь не могу, если не буду использовать pulseaudio, замерим старыми дедовскими методами
// При помощи clock_gettime
}

View File

@ -1,63 +0,0 @@
#include "substitutions.h"
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <termios.h>
#include <time.h>
/* Use this variable to remember original terminal attributes. */
struct termios saved_attributes;
void reset_input_mode()
{
tcsetattr (STDIN_FILENO, TCSANOW, &saved_attributes);
}
void set_input_mode()
{
struct termios tattr;
char *name;
/* Make sure stdin is a terminal. */
if (!isatty (STDIN_FILENO))
{
fprintf (stderr, "Not a terminal.\n");
exit (EXIT_FAILURE);
}
/* Save the terminal attributes so we can restore them later. */
tcgetattr (STDIN_FILENO, &saved_attributes);
atexit (reset_input_mode);
/* Set the funny terminal modes. */
tcgetattr (STDIN_FILENO, &tattr);
tattr.c_lflag &= ~(ICANON|ECHO); /* Clear ICANON and ECHO. */
tattr.c_cc[VMIN] = 0;
tattr.c_cc[VTIME] = 0;
tcsetattr (STDIN_FILENO, TCSAFLUSH, &tattr);
}
void delay(unsigned int ms)
{
usleep(ms * 1000);
}
char isKeyPressed()
{
char key_handler = 0;
read(STDIN_FILENO, &key_handler, 1);
if (key_handler > 0)
{
return 1;
}
return 0;
}
int main()
{
set_input_mode();
while (isKeyPressed() == 0) {printf("hell\n");}
printf("ok\n");
reset_input_mode();
}

View File

@ -1,9 +0,0 @@
#ifndef SUBSTITUTIONS_H
#define SUBSTITUTIONS_H
void reset_input_mode();
void set_input_mode();
void delay(unsigned int ms);
char isKeyPressed();
#endif

13
03-asm-bios/Makefile Normal file
View File

@ -0,0 +1,13 @@
ASM = nasm
ASM_FLAGS = -felf64 -g
LINK = ld
%: %.o
$(LINK) -o $@ $^
%.o: %.asm
$(ASM) $(ASM_FLAGS) $^ -o $@
clean:
rm -f *.o
rm -f $(subst .asm, $(empty), $(wildcard *.asm))

24
04-addr-methods/Makefile Normal file
View File

@ -0,0 +1,24 @@
ASM = nasm
CXX = gcc
CXX_FLAGS = -Og -static
ASM_FLAGS = -felf64 -g
LINK = ld
task3: task3_c.o task3.o
$(CXX) -Og $^ -o $@ -g
task3_c.o: task3.c
$(CXX) -Og -c $^ -o $@ -g
task2: task2.o
$(CXX) $(CXX_FLAGS) $^ -o $@
%: %.o
$(LINK) -o $@ $^
%.o: %.asm
$(ASM) $(ASM_FLAGS) $^ -o $@
clean:
rm -f *.o
rm -f $(subst .asm, $(empty), $(wildcard *.asm))

View File

@ -1,4 +1,4 @@
# Лабораторная работа 4
## Способы адресации и сегментная организация памяти
На данный момент нормального README не будет, потому что у меня немного нет времени его офомить. Как только сдам лабу - напишу тут немного больше

33
04-addr-methods/task1.asm Normal file
View File

@ -0,0 +1,33 @@
global _start
section .data
%macro FILL_ASC 1
%assign NUM 0
%rep %1
db NUM
%assign NUM NUM + 1
%endrep
%endmacro
example: FILL_ASC 256
section .text
_start:
; В качестве базы возьму inc
; регистровая
inc ecx
mov rax, example
; косвенно-регистровая
inc byte [rax]
; "Индексно-базовая", хотя у меня почти все может быть базой
inc byte [rax + rbx]
; "Индексно-базовая" со смещением
inc byte [rax + rbx + 122]
; Ну в целом... все
mov rax, 60
mov rdi, 0
syscall

139
04-addr-methods/task2.asm Normal file
View File

@ -0,0 +1,139 @@
global main
extern printf
struc timespec ; структура, в которой линукс хранит время. Тут нужна для удобства в будущем
.tv_sec: resq 1
.tv_nsec: resq 1
endstruc
%include "timer.inc"
section .note.GNU-stack
section .data
example: times 128 db 127
section .bss
; uses timespec model
start: resq 2
finish: resq 2
deltatime: resq 2
section .text
%macro PUSH_M 1-*
%rep %0
push %1
%rotate 1
%endrep
%endmacro
%macro RPOP_M 1-*
%rotate -1
%rep %0
pop %1
%rotate -1
%endrep
%endmacro
%define CLOCK_REALTIME 0
%macro TIME_1_000_000 0-1+ ; принимает команду, которую будет пытаться обмерить по времени
PUSH_M rax, rdi, rsi, rcx
mov rax, 228 ; Время начала
mov rdi, CLOCK_REALTIME
mov rsi, start
syscall
RPOP_M rax, rdi, rsi, rcx
mov rcx, 10000000000; выполняем миллион раз
%%loop:
%1
loop %%loop
PUSH_M rax, rdi, rsi, rcx
mov rax, 228 ; Время конца
mov rdi, CLOCK_REALTIME
mov rsi, finish
syscall
RPOP_M rax, rdi, rsi, rcx
; считаем секунды
push rax ; можно было бы оптимизировать, но мне лень макросы переписывать
mov rax, [finish + timespec.tv_sec]
sub rax, [start + timespec.tv_sec]
mov [deltatime + timespec.tv_sec], rax
; считаем наносекунды
mov rax, [finish + timespec.tv_nsec]
sub rax, [start + timespec.tv_nsec]
jns %%save_result
dec qword [deltatime + timespec.tv_sec] ; занимаем миллиард наносекунд
add rax, 1000000000 ; прибавляем занятый разряд
%%save_result:
mov [deltatime + timespec.tv_nsec], rax
pop rax
%endmacro
%macro PRINT_DELTATIME 1
;sub rsp, 8
mov rdi, str_template
mov rsi, %1
mov rdx, [deltatime + timespec.tv_sec]
mov rcx, [deltatime + timespec.tv_nsec]
call printf
;add rsp, 8
%endmacro
main:
push rbp
mov rbp, rsp
sub rsp, 16
xor rax, rax ; поскольку приходим сюда из компилятора, лучше обнулить
TIME_1_000_000
PRINT_DELTATIME nop_command
TIME_1_000_000 inc rax
PRINT_DELTATIME reg_command
mov rax, example
TIME_1_000_000 inc byte [rax]
PRINT_DELTATIME rel_reg
mov rax, example
xor rbx, rbx
TIME_1_000_000 inc byte [rax + rbx]
PRINT_DELTATIME ind_base
mov rax, example
xor rbx, rbx
TIME_1_000_000 inc byte [rax + rbx + 122]
PRINT_DELTATIME ind_base_disp
; Под конец давайте посчитаем тактовую частоту на примере той же самой команды
rdtsc
mov [rbp - 4], edx
mov [rbp - 8], eax
mov rcx, 10000000000
mov rax, example
xor rbx, rbx
.loop:
inc byte [rax + rbx + 122]
loop .loop
rdtsc
sub eax, [rbp - 8]
sbb edx, [rbp - 4]
mov [rbp - 8], eax
mov [rbp - 4], edx
mov [rbp - 16], rsp
and rsp, -16
mov rdi, tick_count
mov rsi, [rbp - 8]
call printf
mov rsp, rbp
pop rbp
xor rax, rax ; сообщаем gcc, что все закончилось успешно
ret

96
04-addr-methods/task3.asm Normal file
View File

@ -0,0 +1,96 @@
global fill_arr1
global fill_arr2
section .note.GNU-stack
section .text
%macro PUSH_M 1-*
%rep %0
push %1
%rotate 1
%endrep
%endmacro
%macro RPOP_M 1-*
%rotate -1
%rep %0
pop %1
%rotate -1
%endrep
%endmacro
fill_arr1:
push rbp
mov rbp, rsp
PUSH_M rdi, rsi, rdx
; Вычисляем сколько числе в строке
mov rax, [rbp - 16]
xor rdx, rdx
div qword [rbp - 24]
push rax ; сохраняем в локальные переменные. rbp - 32
; Вычисляем сколько проходов цикла необходимо
mov rax, [rbp - 24]
xor rdx, rdx
mov rcx, 2
div rcx
push rax ; rbp-40
; Надеюсь rdi не успел поменяться
; заполняем память
push rbx
mov rbx, [rbp - 32]
mov rcx, [rbp - 40]
mov rax, 777 ; специально такое число, чтобы выделялось
.next_row:
push rcx
mov rcx, [rbp - 32]
rep stosd
lea rdi, [rdi + 4 * rbx] ; пропускаем строку
pop rcx
loop .next_row
pop rbx
add rsp, 16 ; чистим 2 доп переменные, образовавшиеся в процессе вычислений
RPOP_M rdi, rsi, rdx
pop rbp
ret
fill_arr2:
push rbp
mov rbp, rsp
PUSH_M rdi, rsi, rdx
; Вычисляем сколько числе в строке
mov rax, [rbp - 16]
xor rdx, rdx
div qword [rbp - 24]
push rax ; сохраняем в локальные переменные. rbp - 32
; Вычисляем сколько проходов цикла необходимо
mov rax, [rbp - 24]
xor rdx, rdx
mov rcx, 2
div rcx
push rax ; rbp-40
; Надеюсь rdi не успел поменяться
; заполняем память
push rbx
mov rbx, [rbp - 32]
mov rcx, [rbp - 40]
mov rax, 777 ; специально такое число, чтобы выделялось
.next_row:
push rcx
mov rcx, [rbp - 32]
.fill:
mov [rdi], rax
lea rdi, [rdi + 4]
loop .fill
lea rdi, [rdi + 4 * rbx] ; пропускаем строку
pop rcx
loop .next_row
pop rbx
add rsp, 16 ; чистим 2 доп переменные, образовавшиеся в процессе вычислений
RPOP_M rdi, rsi, rdx
pop rbp
ret

43
04-addr-methods/task3.c Normal file
View File

@ -0,0 +1,43 @@
#include <stdio.h>
#include <time.h>
extern void fill_arr1(int* arr, size_t size, size_t row_count);
extern void fill_arr2(int* arr, size_t size, size_t row_count);
double measure_fill_time(void(*function)(int*, size_t, size_t), int* arr, size_t size, size_t row_count)
{
const size_t times = 10000000;
clock_t begin = clock();
for (size_t i = 0; i < times; i++)
{
function(arr, size, row_count);
}
clock_t end = clock();
return (double)(end - begin)/(CLOCKS_PER_SEC);
}
int main()
{
const int arr_size = 256;
int array1[arr_size];
printf("String methods took %fs to loop 10,000,000 times\n", measure_fill_time(fill_arr1, array1, arr_size, 16));
for (size_t i = 0; i < arr_size; i++)
{
printf("%d ", array1[i]);
}
printf("\b \n");
int array2[arr_size];
printf("Lea methods took %fs on to loop 10,000,000 times\n", measure_fill_time(fill_arr2, array2, arr_size, 16));
for (size_t i = 0; i < arr_size; i++)
{
printf("%d ", array2[i]);
}
printf("\b \n");
return 0;
}

13
04-addr-methods/timer.inc Normal file
View File

@ -0,0 +1,13 @@
section .data
str_template: db "Command %s took %lld seconds and %lld nanoseconds to execute 1 000 000 000 times", 10, 0
template_len equ $-str_template
nop_command: db '`empty loop`', 0
reg_command: db '`inc ebx`', 0
rel_reg: db '`inc byte [rax]`', 0
ind_base: db '`inc byte [rax + rbx]`', 0
ind_base_disp: db '`inc byte [rax + rbx + 122]`', 0
tick_count: db 'Last command also took %lli ticks to complete', 10, 0