3 Commits

8 changed files with 141 additions and 392 deletions

View File

@ -2,121 +2,3 @@
## Введение в низкоуровневое программирование. Встроенный отладчик. Встроенный Ассемблер ## 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

View File

@ -1,67 +0,0 @@
global main
extern printf
%define CLOCK_REALTIME 0
; struct timespec { time_t tv_sec; long tv_nsec; }
struc timespec
.tv_sec: resq 1
.tv_nsec: resq 1
endstruc
section .note.GNU-stack ; чтобы не жаловался линкер
section .bss
start: ; uses timespec model
times 2 resq 1
finish:
times 2 resq 1
section .data
fstring db "Operations took %ul seconds and %ul milliseconds", 10, 0
flen equ $-fstring
section .text
main: ; лично в моей системе time_t представляет из себя long int
mov rax, 228 ; Системный вызов получения времени
mov rdi, CLOCK_REALTIME
mov rsi, start
syscall
; insert your code here
mov rcx, 20000
looper:
mov rax, start
loop looper
mov rax, 228
mov rdi, CLOCK_REALTIME
mov rsi, finish
syscall
; считаем время для секунда и миллисекунд
; секунды
mov rsi, [finish + timespec.tv_sec]
sub rsi, [start + timespec.tv_sec]
; миллисекунды
mov rdx, [finish + timespec.tv_nsec]
sub rdx, [start + timespec.tv_nsec]
mov rdi, fstring
mov rax, 0
sub rsp, 8
call printf
add rsp, 8
exit:
mov rax, 60
mov rdi, 0
syscall

View File

@ -2,3 +2,5 @@
## Подпрограммы и передача параметров ## Подпрограммы и передача параметров
Я делаю вариант 7, потому что так сказали купики

View File

@ -0,0 +1,111 @@
global task_regs
global task_stack
global task_stack_wrapper
section .note.GNU-stack
section .text
task_regs: ; rdi - указатель первое на число, rsi - указатель второе на число, rdx - результат
push rax
mov rax, [rdi]
mov [rdx], rax
mov rax, [rdi + 8]
mov [rdx + 8], rax
mov rax, [rsi + 8]
add [rdx + 8], rax
mov rax, [rsi]
adc [rdx], rax
pop rax
ret
task_stack_wrapper: ;rdi - указатель, rsi - сколько
push rbp
mov rbp, rsp
push rdi
push rsi
shr rsi, 3 ; делим на 8 в ускоренном порядке. (приводим к байтам)
; вычитаем 2 раза так как поверьте, циклы городить намного труднее
sub rsp, rsi
sub rsp, rsi
sub rsp, rsi
sub rsp, rsi
; сыграем в чихарду
mov rcx, rsi
shl rcx, 2 ; сносим 2 числа, поэтому байтов в 2 раза больше + по 2 числа на число
mov rsi, rdi
mov rdi, rsp
rep movsb
; закинем байт разрядности
;push si
;shl word [rsp], 8
dec rsp
mov al, [rbp - 16]
mov [rsp], al
;add rsp, 1
; вызов
call task_stack
; восстанавливаемся
add rsp, 1 ; pачищаем разрядность
; Циклы, как я уже и говорил, я делать отказываюсь
mov rcx, [rbp - 16]
shr rcx, 1 ; делим на 8 умножаем на 4, того множим на 2
add rsp, rcx ; затираем бедный стек
pop rsi
pop rdi
pop rbp
ret
task_stack: ; разрядность - 1 байт. Дальше читаем сколько надо. Читает в 2 раза больше разрядности
push rbp
mov rbp, rsp
mov al, [rbp + 16]
test al, 64
jnz .64bit
test al, 32
jnz .32bit
test al, 16
jnz .16bit
test al, 8
.8bit:
xor rax, rax
mov al, [rbp + 17]
mov ah, [rbp + 18]
mov cl, [rbp + 19]
mov ch, [rbp + 20]
add al, cl
adc ah, ch
jmp .end
.16bit:
xor rax, rax
mov ax, [rbp + 23] ; старшая
mov dx, [rbp + 21] ; младшая
mov cx, [rbp + 17] ; младшая
mov bx, [rbp + 19] ; старшая
;add cx, bx
;adc ax, dx
add dx, cx
adc ax, bx
pushfq ; Сохраним флаги на всякий
sal eax, 16
mov ax, dx
popfq
jmp .end
.32bit:
xor rax, rax
; Не выровнянные данные - vae soli, но тут уже оставлю talis qualis, мне влом
mov eax, [rbp + 21] ; старшая часть 1-го
mov edx, [rbp + 29] ; старшая часть 2-го
mov ecx, [rbp + 17] ; младшая
mov ebx, [rbp + 25] ;младшая
add ecx, ebx
adc eax, edx
pushfq ; Сохраним флаги на всякий
sal rax, 32
mov eax, ecx
popfq
jmp .end
.64bit:
;crush
.end:
pop rbp
ret

View File

@ -0,0 +1,28 @@
#include <stdio.h>
typedef struct
{
unsigned long h;
unsigned long l;
} LongNum;
typedef unsigned char byte;
extern void task_regs(LongNum* a, LongNum* b, LongNum* result);
extern unsigned long task_stack(); // Для передачи через Си потребуется функцкия-обертка
extern unsigned long task_stack_wrapper(void* nums, byte bits);
int main()
{
LongNum a = { 0x00000000, 0x01000000}; // По факту передача через стек)
LongNum b = { 0x10100010, 0x0900000f};
LongNum c;
task_regs(&a, &b, &c);
printf("new big num is %lx %lx\n", c.h, c.l); // Проверим, что сложили +- корректно
short int nums[4] = {88, 0, 11, 0}; // Порядок такой в демонстрационных целях
unsigned long new = task_stack_wrapper(nums, (sizeof(short int) * 8)); // Тут я лишь иммитирую что числа не влезают. По факту же все отлично лезет
printf("stacked number is %lu and should be 99\n", new);
return 0;
}