元芳你怎么看

本网站主要用于记录我个人学习的内容，希望对你有所帮助

0%

地址、section、vstart

发表于 更新于

前言

我在学习汇编的时候，对于 vstart 的概念其实很模糊，感觉会又感觉不是很会，要说哪儿不会有说不出来，就很难受。vstart 是 section 中的概念，但是要讲清楚什么是 section，就必须说说什么是地址了。

地址

地址的概念

计算机里面只有 0 和 1, 地址当然就是一串数字，这串数字用来描述各种符号在源程序中的位置。地址细分又能分为：物理地址、虚拟地址布拉布拉的，这里不做深究。

在汇编中，由于指令和变量占据的内存大小不一样，总不能想怎么来就怎么来，那么就得有一套统一的规则来分配。程序中各种数据结构的访问，本质上是通过 “该数据结构的起始地址 + 该数据结构在该硬件平台规定的变量所占据的内存大小” 来实现的。这里也就解释了，为什么 C语言等高级语言中为什么要定义变量的类型，因为这样才能正确的分配和访问变量占据的内存。

那么这里的起始地址是如何得到的呢？编译器在做这件事情的时候，占据第一位的数据的地址便是整个程序的起始地址，后面的数据都是在它基础上的偏移。第 n 个数据所在的位置就是：第 n-1 个数据的偏移 + 数据 n-1 的内存空间，这就是所谓的偏移量，每个变量的地址都是前一个变量的地址 + 前一个变量的内存空间大小。

简单例子

来看个简单例子：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
  mov ax,$$
  mov ds,ax
  mov ax,[var]
  label : mov ax,$
  jmp label
  var dw 0x99
  infi: jmp near infi                 ;无限循环

times (510-($-$$)) db 0               ;主引导程序512字节，空余的使用0填充
          db 0x55,0xaa                ;结束标志

下面将其放在 bochs 中进行调试的输出信息：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
<bochs:1> b 0x07c00
<bochs:2> c
(0) Breakpoint 1, 0x00007c00 in ?? ()
Next at t=17178863
(0) [0x000000007c00] 0000:7c00 (unk. ctxt): mov ax, 0x0000            ; b80000
<bochs:3> n
Next at t=17178864
(0) [0x000000007c03] 0000:7c03 (unk. ctxt): mov ds, ax                ; 8ed8
<bochs:4> 
Next at t=17178865
(0) [0x000000007c05] 0000:7c05 (unk. ctxt): mov ax, word ptr ds:0x000d ; a10d00
<bochs:5> 
Next at t=17178866
(0) [0x000000007c08] 0000:7c08 (unk. ctxt): mov ax, 0x0008            ; b80800
<bochs:6> 
Next at t=17178867
(0) [0x000000007c0b] 0000:7c0b (unk. ctxt): jmp .-5  (0x00007c08)     ; ebfb
<bochs:7> 
Next at t=17178868
(0) [0x000000007c08] 0000:7c08 (unk. ctxt): mov ax, 0x0008            ; b80800
<bochs:8> 
Next at t=17178869
(0) [0x000000007c0b] 0000:7c0b (unk. ctxt): jmp .-5  (0x00007c08)     ; ebfb

可以看到第一行的 mov 指令，$$ 被替换成了 0。默认情况下如果程序没有定义 section 就将所有的文件当作一个大的 section，因此此时 $$ 为 0。

第三行引用了 var 变量的值，而 [] 是去所在地址的内容。mov ax, word ptr ds:0x000d ; 就是表明要将一个 16 位的数据从内存地址 0x000d 处加载到寄存器 AX 中。至于为什么是 0x000d 后面会解释。

第四行用了一个 $ 标号，代表当前指令所在的地址。

最后一行就是一个数据的定义，没什么好讲的。

还记得上面讲的地址的计算吗？看调试第一行的左侧的地址 0x000000007c00 和第二行地址 0x000000007c03，这两个之间相差 3, 而第一个指令转换成机器码是 b80000 刚好三个字节。有没有理解计算机的地址了？再依次往下算，刚好 var dw 0x99 的地址就是 0x000000007c0b + 对应的机器码 ebfb 的长度，也就是 0x000000007c0d，就将这个结果 0x000000007c0d - 0x000000007c00 后得到的偏移量是不是 0x000d，也就是变量 var 的地址。

section

我刚开始对 section 感觉就是在似懂非懂，这个东西称为节。编译器提供的这个关键字只是给程序员用的，处理器根本不知道有这么个东西，你会想：既然 CPU 又不知道这么个东西，我用不用 section 都行吧。是这样的，但是最好使用，因为 section 的功能类似与函数，人为的将代码划分为不同的部分，都是为了代码结构清晰，易于维护。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
SECTION code
    mov ax,$$
    mov ax,section.data.start
    mov ax,section.code.start
    mov ax,[var1]
    label: jmp label

    infi: jmp near infi                 ;无限循环
 
  times (510-($-$$)) db 0
            db 0x55,0xaa

SECTION data
    var1 dd 0x4

下面将其放在 bochs 中进行调试的输出信息：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
(0) [0x0000fffffff0] f000:fff0 (unk. ctxt): jmpf 0xf000:e05b          ; ea5be000f0
<bochs:1> b 0x07c00
<bochs:2> c
(0) Breakpoint 1, 0x00007c00 in ?? ()
Next at t=17178863
(0) [0x000000007c00] 0000:7c00 (unk. ctxt): mov ax, 0x0000            ; b80000
<bochs:3> n
Next at t=17178864
(0) [0x000000007c03] 0000:7c03 (unk. ctxt): mov ax, 0x0200            ; b80002
<bochs:4> 
Next at t=17178865
(0) [0x000000007c06] 0000:7c06 (unk. ctxt): mov ax, 0x0000            ; b80000
<bochs:5> 
Next at t=17178866
(0) [0x000000007c09] 0000:7c09 (unk. ctxt): mov ax, word ptr ds:0x0200 ; a10002
<bochs:6> 
Next at t=17178867
(0) [0x000000007c0c] 0000:7c0c (unk. ctxt): jmp .-2  (0x00007c0c)     ; ebfe
<bochs:7> 
Next at t=17178868
(0) [0x000000007c0c] 0000:7c0c (unk. ctxt): jmp .-2  (0x00007c0c)     ; ebfe

在调试信息中我们注意到：

  • SECTION code 和 SECTION data 一个字节的机器码都没有产生，也印证了前面说的处理器并不知道有 SECTION 的存在。

  • section.data.start 实际上就是本文件中名为 data 的 section 的真实偏移。这个或许看不出来，可以看 mov ax,section.code.start 的偏移，也就是调试信息中的 0000:7c06 (unk. ctxt): mov ax, 0x0000，可以看到 code 的偏移量为 0，符合我们的预期。

vstart

根据 nasm 官方手册的解释：section 使用 vstart 修饰后，就可以被赋予一个虚拟起始地址 virtual start address。而 org 和 vstart 实际上是同一功能，我就只展示其中一个，另外一个原理相同。

特别需要注意的是：vstart 和 org 都不会让程序加载到地址 xxx。它们做的只是告诉编译器将这个节之后的数据、指令的地址按照 xxx 为起始，就这么个功能。而加载是加载器的功能，编译器没这本事。

光听概念太枯燥，还是来看个代码：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
SECTION code vstart=0x7c00
    mov ax,$$
    mov ax,section.data.start
    mov ax,section.code.start
    mov ax,[var1]
    label: jmp label

    infi: jmp near infi                 ;无限循环
 
  times (510-($-$$)) db 0
            db 0x55,0xaa

SECTION data 
    var1 dd 0x4

下面将其放在 bochs 中进行调试的输出信息：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
(0) [0x0000fffffff0] f000:fff0 (unk. ctxt): jmpf 0xf000:e05b          ; ea5be000f0
<bochs:1> b 0x07c00
<bochs:2> c
(0) Breakpoint 1, 0x00007c00 in ?? ()
Next at t=17178863
(0) [0x000000007c00] 0000:7c00 (unk. ctxt): mov ax, 0x7c00            ; b8007c
<bochs:3> n
Next at t=17178864
(0) [0x000000007c03] 0000:7c03 (unk. ctxt): mov ax, 0x0200            ; b80002
<bochs:4> 
Next at t=17178865
(0) [0x000000007c06] 0000:7c06 (unk. ctxt): mov ax, 0x0000            ; b80000
<bochs:5> 
Next at t=17178866
(0) [0x000000007c09] 0000:7c09 (unk. ctxt): mov ax, word ptr ds:0x0900 ; a10009
<bochs:6> 
Next at t=17178867
(0) [0x000000007c0c] 0000:7c0c (unk. ctxt): jmp .-2  (0x00007c0c)     ; ebfe
<bochs:7> 
Next at t=17178868
(0) [0x000000007c0c] 0000:7c0c (unk. ctxt): jmp .-2  (0x00007c0c)     ; ebfe

可以看到 code 加了 vstart 后，$$ 从 0 变成 0x7c00。所以该节中的数据地址从 0x7c00 为起始编址。这个是虚拟的地址，因为这个程序整个才 512 字节，根本到不了偏移量为 0x7c00。$$ 以该节的虚拟起始地址为主，如果这个节没有 vstart 来指定起始地址，就输出在文件中偏移地址。而此时的 $ 就是 当前的新的地址 + 偏移。

section.data.start 实际上就是本文件中名为 data 的 section 的真实偏移，没有因为 vstart 改变。