这个没有libc的C程序是如何工作的？

我遇到了一个不使用libc编写的最小HTTP服务器：

我可以看到基本的字符串处理函数已经定义，导致

write

syscall：

#define fprint(fd, s) write(fd, s, strlen(s))
#define fprintn(fd, s, n) write(fd, s, n)
#define fprintl(fd, s) fprintn(fd, s, sizeof(s) - 1)
#define fprintln(fd, s) fprintl(fd, s "\n")
#define print(s) fprint(1, s)
#define printn(s, n) fprintn(1, s, n)
#define printl(s) fprintl(1, s)
#define println(s) fprintln(1, s)

基本系统调用在C文件中声明：

size_t read(int fd, void *buf, size_t nbyte);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbyte);
int open(const char *path, int flags);
int close(int fd);
int socket(int domain, int type, int protocol);
int accept(int socket, sockaddr_in_t *restrict address,
           socklen_t *restrict address_len);
int shutdown(int socket, int how);
int bind(int socket, const sockaddr_in_t *address, socklen_t address_len);
int listen(int socket, int backlog);
int setsockopt(int socket, int level, int option_name, const void *option_value,
               socklen_t option_len);
int fork();
void exit(int status);

因此，我猜魔法发生在

start.S

中，它包含

\u start

和一种特殊的系统调用编码方式，通过创建全局标签并在r9中累积值来保存字节：

.intel_syntax noprefix

/* functions: rdi, rsi, rdx, rcx, r8, r9 */
/*  syscalls: rdi, rsi, rdx, r10, r8, r9 */
/*                           ^^^         */
/* stack grows from a high address to a low address */

#define c(x, n) \
.global x; \
x:; \
  add r9,n

c(exit, 3)       /* 60 */
c(fork, 3)       /* 57 */
c(setsockopt, 4) /* 54 */
c(listen, 1)     /* 50 */
c(bind, 1)       /* 49 */
c(shutdown, 5)   /* 48 */
c(accept, 2)     /* 43 */
c(socket, 38)    /* 41 */
c(close, 1)      /* 03 */
c(open, 1)       /* 02 */
c(write, 1)      /* 01 */
.global read     /* 00 */
read:
  mov r10,rcx
  mov rax,r9
  xor r9,r9
  syscall
  ret

.global _start
_start:
  xor rbp,rbp
  xor r9,r9
  pop rdi     /* argc */
  mov rsi,rsp /* argv */
  call main
  call exit

这种理解正确吗？GCC使用

start.S

中定义的符号进行系统调用，然后程序在

\u start

中启动，并从C文件调用

main

---

另外，单独的

httpd.asm

自定义二进制文件是如何工作的？只需结合C源代码和启动程序集进行手动优化程序集？

您对所发生的事情的理解非常正确。很有趣，我以前从未见过这样的事情。但基本上正如您所说，每次它调用标签时，正如您所说，

r9

不断累积，直到它达到

read

，其系统调用号为0。这就是为什么这个命令非常聪明。假设调用

read

之前

r9

为0（调用正确的系统调用之前

read

标签本身为零

r9

），则无需添加，因为

r9

已经具有所需的正确系统调用号

write

的系统调用号是1，因此只需要从0中添加1，这在宏调用中显示

open

的系统调用号是2，因此首先在

open

标签上加1，然后在

write

标签上再加1，然后在

read

标签上将正确的系统调用号放入

rax

。等等参数寄存器，如

rdi

、

rsi

、

rdx

等，也不会被触动，因此它基本上起到了正常函数调用的作用

另外，单独的httpd.asm自定义二进制文件是如何工作的？结合C源代码和启动程序集的手动优化程序集

我想你是在说什么。不确定这里到底发生了什么，但看起来像是手动创建了一个ELF文件，可能是为了进一步减小大小。

（我克隆了repo并调整了.c和.S，以更好地使用clang-Oz:992字节进行编译，而不是使用gcc编译最初的1208字节。请参阅我的fork中的，直到我开始清理并发送拉取请求。使用clang时，系统调用的内联asm确实可以节省总体大小，特别是在main没有调用且没有rets.IDK的情况下，如果我想使用它的话。）在从编译器输出重新生成后，重新生成整个

.asm

；当然也有大量的代码可以节省，例如在循环中使用

lodsb

）

---

在调用这些标签之前，它们需要

r9

为

0

，或者使用寄存器全局变量，或者可能。否则GCC会像其他寄存器一样，在

r9

中留下任何垃圾

它们的函数是用普通原型来声明的，而不是用伪

0

args来声明6个args，以使每个调用站点实际归零

r9

，所以它们不是这样做的

---

编码系统调用的特殊方法

我不会将其描述为“对系统调用进行编码”。可能是“定义系统调用包装函数”。它们为每个系统调用定义自己的包装函数，以一种优化的方式，在底部的一个公共处理程序中。在C编译器的asm输出中，您仍然会看到

调用编写

（如果最终二进制文件使用内联asm让编译器将
syscall
指令与正确寄存器中的args内联，而不是使其看起来像一个普通函数，对所有被调用的寄存器都进行重载，那么它可能会更为紧凑。特别是如果使用clang
-Oz
编译，它将使用3字节
>按2而不是5字节的mov eax，2来设置呼叫号码。
push imm8
/
pop
/
syscall
与
call rel32
大小相同）


是的，您可以使用手工编写的asm来定义函数。global foo
/
foo:
您可以将其视为一个大型函数，具有不同系统调用的多个入口点。在asm中，执行总是传递到下一条指令，而不管标签如何，除非您使用跳转/调用/ret指令。CP你不知道标签

所以它就像一个C
switch（）{}
语句，不带
中断；
介于
大小写之间：
标签，或者类似于C标签，您可以使用
goto
跳转到。当然，除了在asm中，您可以在全局范围内执行此操作，而在C中，您只能在函数内执行goto操作。在asm中，您可以
调用
而不仅仅是
goto
（
jmp
）

或者，如果您将其重新构建为一个tailcalls链，我们甚至可以省略
jmp foo
，而仅仅是失败：如果您有足够聪明的编译器，像这样的C确实可以编译成手工编写的asm。（并且您可以解决arg类型。）

register long callnum asm("r9");     // GCC extension

long open(args...) {
   callnum++;
   return write(args...);
}
long write(args...) {
   callnum++;
   return read(args...); // tailcall
}
long read(args...){
       tmp=callnum;
       callnum=0;            // reset callnum for next call
       return syscall(tmp, args...);
}

args…
是arg传递寄存器（RDI、RSI、RDX、RCX、R8）R9是x86-64系统V的最后一个通过arg的寄存器，但他们没有使用任何接受6个arg的系统调用。
setsockopt
接受5个arg，因此他们不能跳过
mov r10，rcx
。但是他们可以将R9用于其他对象，而不需要它来通过第6个arg


有趣的是，他们如此努力地以牺牲性能为代价来节省字节，但仍然使用。除非他们使用
gcc-Wa，-Os start.s
，否则GAS不会为您优化REX前缀。（）

他们可以用
xchg-rax，r9
（包括REX在内的2个字节）而不是
mov-rax，r9保存另一个字节register long callnum asm("r9");     // GCC extension

long open(args...) {
   callnum++;
   return write(args...);
}
long write(args...) {
   callnum++;
   return read(args...); // tailcall
}
long read(args...){
       tmp=callnum;
       callnum=0;            // reset callnum for next call
       return syscall(tmp, args...);
}