Cours d`assembleur NASM

Architecture
Licence Informatique - Universit´ e de Limoges
2015-2016
Semestre 4
Programmation Assembleur NASM
R´ esum´ e
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2015-2016
Semestre 4
Contents
1 Les bases de programmation en NASM X86 3
1.1 Cedontvousavezbesoin.................................... 3
1.1.1 T´ el´ echargerlecompilateur ............................... 3
1.1.2 CompilersousLinux................................... 3
1.1.3 CompilersousWindows................................. 3
1.2 Structure d’une programme NASM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.1 UnelignedecodeNASM ................................ 4
1.2.2 Partitionnement du programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.3 D´ efinir un point de d´ epart et sortir du programme (Linux) . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 D´ efinir des donn´ ees ....................................... 5
1.3.1 Les tailles des donn´ ees ................................. 5
1.3.2 Tout est une adresse (ou presque) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3.3 Les variables initialis´ es ................................. 5
1.3.4 Les variables non-initialis´ ees .............................. 6
1.3.5 Lesconstantes...................................... 6
1.4 Lesregistres ........................................... 7
1.4.1 Les registres g´ en´ eraux ................................. 7
1.4.2 Les registres de contrˆ ole ................................ 8
1.4.3 Lesregistresdesegment ................................ 8
1.5 Pr´ ecisionssurlesinstructions.................................. 9
1.5.1 Toujours utiliser au moins UN registre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.5.2 La division enti` ere (div,idiv).............................. 9
1.5.3 La multiplication enti` ere (mul,imul) .......................... 9
1.5.4 Le fonctionnement de la pile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.6 Les instructions de contr ˆ oledeflot ............................... 11
1.6.1 Leslabelsetlessauts.................................. 11
1.6.2 Le bloc de boucle label ... loop label ...................... 12
1.6.3 Le bloc de proc´ edure label ... ret ......................... 12
1.6.4 Le bloc d’ex´ ecution conditionnel cmp jcc labelSi .................. 12
1.7 Les fonctions et proc´ eduresenNASM ............................. 13
1.7.1 L’effet d’une fonction sur la pile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.7.2 Le passage de param` etre sans sauvegarde de pile . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.7.3 Le passage de param` etre avec sauvegarde de pile . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
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Semestre 4
1 Les bases de programmation en NASM X86
NASM est un compilateur et un langage assembleur X86 libre et modulaire supportant une grande
vari´ et´ e de formats d’objets. Les parties suivantes r´ esument bri ` evement les bases de la program-
mation en langage NASM et sont extraites du manuel de NASM (http://http://www.nasm.us/doc/
nasmdoc0.html) que je vous incite ` a lire pour plus de d´ etails.
1.1 Ce dont vous avez besoin
Pour cr´ eer un programme assembleur NASM, il vous faut :
•Le compilateur NASM
•Un ´ editeur de liens
Le compilateur cr´ ee ` a partir de votre fichier monProgramme.asm un fichier objet (monProgramme.o)
similairement aux compilateurs C et C++. L’ ´ editeur de liens peut ensuite cr´ eer ensuite un ex´ ecutable
pour le syst` eme voulu (en g´ en´ eral le syst` eme sur lequel il est ex´ ecut´ e) en interfac¸ant votre programme
avec le syst` eme.
1.1.1 T´ el´ echarger le compilateur
De nombreuses distributions Linux proposent NASM directement dans leur gestionnaire de paquets.
Pour les autres syst` emes, vous pouvez t´ el´ echarger le compilateur sur le site http://www.nasm.us/,
dans la section ”download”. Apr` es installation ou copie des fichiers, vous pouvez compiler via un
terminal (cmd.exe pour Windows). Si nasm n’est pas trouv´ e par d´ efaut, v´ erifiez que votre variable
d’environnement PATH contient le chemin absolu du dossier contenant l’ex´ ecutable nasm.
Pour compiler un fichier source .asm, NASM s’utilise de la fac¸on suivante :
nasm -f <format> monProgramme.asm [-g]
L’option -f permet de sp´ ecifier le format de fichier compil ´ e et -g permet de g´ en´ erer les symboles de
debug. Le fichier g´ en´ er´ e peut ensuite ˆ etre utilis´ e dans un ´ editeur de liens.
1.1.2 Compiler sous Linux
Pour cr´ eer un programme NASM pour les syst` emes Linux r´ ecents, vous pouvez compiler votre pro-
gramme au format ELF (”Executable and Linkable Format”) et utiliser l’ ´ editeur de liens ld :
nasm -f elf monProgramme.asm -g
ld [-m elf_i386] monProgramme.o -o monExecutable
Pour ex´ ecuter les exemples pr´ esent dans ce document (´ ecrits en assembleur X86), il est n ´ ecessaire
de passer l’option -m elf i386 ald si vous travaillez sur un syst` eme 64 bits et que vous compiler en
format ELF (qui par d ´ efaut est en 32 bits). Vous pouvez compiler votre programme au format elf64,
mais attention : la cr´ eation d’un programme 64bits (X86 64) est diff ´ erente de celle d’un programme
32bits (X86).
Si vous d´ esirez utiliser des fonctions issus du langage C tel que printf, vous devez utiliser gcc
comme ´ editeur de liens et respecter certaines conventions d’appels pour le passage de param` etres :
gcc monProgramme.o -o monExecutable
1.1.3 Compiler sous Windows
Pour cr´ eer un programme sous Windows, si vous poss´ edez Visual Studio, vous pouvez utiliser le linker
fournis par microsoft link.exe. Par exemple, pour cr´ eer le programme HelloWorld ` a partir du fichier
compiler HelloWorld.obj, vous pouvez utiliser la ligne de commande suivante sous Windows :
nasm -f win32 HelloWorld.asm
link HelloWorld.obj /OUT:HelloWorld.exe /SUBSYSTEM:CONSOLE /ENTRY:_start
Si vous utilisez minGW ou cygwin, vous pouvez utiliser l’ex´ ecutable ld au lieu de link.
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1.2 Structure d’une programme NASM
1.2.1 Une ligne de code NASM
label: instruction op´ erandes ; commentaires
Le symbole ;correspond aux // en Langage C, pour signaler le d´ ebut d’une ligne de commentaires.
La pr´ esence d’un label (autrement appel´ e´ etiquette), est facultative devant une instruction, et sera
principalement consid ´ er´ e dans ce document :
•comme d´ ebut d’un bloc de code (nomBloc:)
•comme nom de variable (nomVariable[:] <type> <donn´ ee>).
1.2.2 Partitionnement du programme
Un programme assembleur est en g´ en´ eral s´ epar´ e en plusieurs parties (appel ´ ees segments). Trois
segments sont consid´ er´ es comme standard en assembleur X86 : .data,.bss et .text.
•Le segment .data contient les d´ efinitions des variables initialis´ ees ` a une ou plusieurs valeurs
sp´ ecifi´ ees (instructions db, dw, dd...).
•Le segment .bss contient les d´ efinitions des variables non-initialis´ ees, c’est ` a dire uniquement
allou´ ees en m´ emoire. (instructions resb, resw, resd...).
•Le segment .text contient le code ex´ ecut´ e par votre programme.
En plus de ces parties, le programmeur ` a acc` es via des instructions push et pop ` a une pile m´ emoire li´ e
au programme (Stack en anglais), souvent utilis´ ee pour le passage de param` etres ` a des fonctions ou
sauvegarder des donn´ ees de registres avant leur utilisations (section 1.5.4).
1.2.3 D´ efinir un point de d´ epart et sortir du programme (Linux)
Le point d’entr´ ee de votre programme ne d´ epend actuellement pas de NASM, mais de l’´ editeur de liens
(ou ”Linker”) utilis´ e pour transformer le code compil ´ e en ex´ ecutable. Pour beaucoup de linker, le point
d’entr´ ee par d´ efaut est une fonction start d´ efini comme un symbole global : ce symbole sera ex-
port ´ e par votre programme pour ˆ etre utilisable par le syst` eme ou par d’autres fichiers compil´ es lors de
l’´ edition.
Si une fonction (ou une variable) identifi´ ee par un label est ´ egalement d´ eclar´ e comme global dans le
fichier o` u elle est d´ efinie, cette fonction (ou variable) peut ˆ etre appel´ ee dans un autre fichier, ` a la condi-
tion que son label soit ´ egalement d´ eclar´ e en extern dans le fichier voulant l’utiliser.
La programme suivant pr´ esente la structure ´ el´ ementaire d’un programme NASM, dans laquelle sont
incluses les instructions pour quitter un programme proprement :
global _start ; d´ eclaration de _start en global
; => export du point d’entr´ ee pour cr´ eer le programme
segment .data
; cr´ eation de variables initialis´ ees
segment .bss
; cr´ eation de variables non-initialis´ ees
segment .text
; cr´ eation de vos proc´ edures/fonctions entre le segment et le point d’entr´ ee
_start:
; instructions de votre programme
; Les 3 lignes suivantes doivent ˆ etre ` a la fin de votre _start
mov eax,1 ; signalement de fin de programme
mov ebx,0 ; code de sortie du programme
int 0x80 ; interruption Linux : votre programme rend la main au syst` eme
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1.3 D´ efinir des donn´ ees
1.3.1 Les tailles des donn ´ ees
NASM consi` ere les types de donn´ ee suivants :
•le Byte ( 1 octet = 8 bits)
•le Word ( 2 octet = 16 bits)
•le Double word ( 2 word = 4 octets = 32 bits)
•le Quad word (4 word = 8 octets = 64 bits)
•et le exTended word ( type sp´ ecial sur 80 octets pour les r´ eels)
Les lettres majuscules de cette liste sont utilis´ ees pour d´ efinir le type de la variable d´ eclar´ ee. Cette lettre
est associ´ ee ` a un pr´ efixe pour pr´ eciser au syst` eme si la variable doit ˆ etre initialis´ ee (dpour ”define”) ou
juste allou´ ee en m´ emoire (res pour ”reserve”).
1.3.2 Tout est une adresse (ou presque)
Une variable NASM se comporte comme un pointeur en Langage C : la variable est une adresse
m´ emoire qui pointe vers un tableau de un ou plusieurs ´ el´ ements. Chaque donn ´ ee est accessible par
d´ er´ ef´ erencement du pointeur ou d’une adresse obtenue par d´ ecalage depuis celui-ci.
Plus g´ en´ eralement, pour acc ´ eder ` a la valeur d’une emplacement m ´ emoire point´ e par une adresse,
on utilise l’op´ erateur de d´ er´ ef´ erencement [ ]. Par exemple, pour acc ´ eder au contenu de la vari-
able/adresse var, on utilisera la notation [var] en NASM, ´ equivalente ` a la notation (*var) en langage
C et C++.
Toute ´ el´ ement d´ eclar´ e par le programmeur en assembleur est en r` egle g´ en´ erale une adresse,
sauf exceptions des constantes.
1.3.3 Les variables initialis´ es
Lors de la d´ eclaration d’une variable initialis´ ee, l’op´ erande de droite est la valeur d’initialisation, c’est ` a
dire le contenu de la variable :
var1 db 123 ; "Define Byte" [var1] = 123, sizeof([var1]) = 8 bits
var2 dw 456 ; "Define Word" [var2] = 456, sizeof([var2]) = 16 bits
var3 dd 789 ; "Define Double" [var3] = 789, sizeof([var3]) = 32 bits
var4 dq 123 ; "Define Quad" [var4] = 123, sizeof([var4]) = 64 bits
var5 dt 1.23; "Define exTended word" [var4] = 1.23, sizeof([var5]) = 80 bits
Une variable est une adresse qui r´ ef´ erence un tableau de un ´ el´ ement, ou plus si plusieurs valeurs
(s´ epar´ ees d’une virgule) ou une chaˆ ıne de caract` eres sont utilis´ ees comme op´ erandes. L’instruction
times n peut ˆ etre utilis´ ee entre le nom de la variable et l’instruction pour r ´ ep´ eter la d´ efinition d’une
valeur particuli ` ere dans la variable :
var1 db 123,12,3 ; [var1] = 123, [var1+1] = 12, [var1+2] = 3
var2 db ’Hi’,0xa ; [var2] = ’H’, [var2+1] = ’i’, [var2+2] = ’\n’ = 0xa
var3 dd 255,6554 ; [var3] = 255, [var3+1] = 6554
var4 times 4 db ’*’ ; var4 = "****"
Les 3 premi` eres lignes peuvent se traduire en langage C par :
char var1[3] = {123,12,3};
char var1[3] = "Hi\n";
int var3[2] = {255,6554};
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