17 内核开发-内核内部内联汇编学习

课程简介：
Linux内核开发入门是一门旨在帮助学习者从最基本的知识开始学习Linux内核开发的入门课程。该课程旨在为对Linux内核开发感兴趣的初学者提供一个扎实的基础，让他们能够理解和参与到Linux内核的开发过程中。

课程特点：
1. 入门级别：该课程专注于为初学者提供Linux内核开发的入门知识。无论你是否具有编程或操作系统的背景，该课程都将从最基本的概念和技术开始，逐步引导学习者深入了解Linux内核开发的核心原理。

2. 系统化学习：课程内容经过系统化的安排，涵盖了Linux内核的基础知识、内核模块编程、设备驱动程序开发等关键主题。学习者将逐步了解Linux内核的结构、功能和工作原理，并学习如何编写和调试内核模块和设备驱动程序。

3. 实践导向：该课程强调实践，通过丰富的实例和编程练习，帮助学习者将理论知识应用到实际的Linux内核开发中。学习者将有机会编写简单的内核模块和设备驱动程序，并通过实际的测试和调试来加深对Linux内核开发的理解。

4. 配套资源：为了帮助学习者更好地掌握课程内容，该课程提供了丰富的配套资源，包括教学文档、示例代码、实验指导和参考资料等。学习者可以根据自己的学习进度和需求，灵活地利用这些资源进行学习和实践。

无论你是计算机科学专业的学生、软件工程师还是对Linux内核开发感兴趣的爱好者，Linux内核开发入门课程都将为你提供一个扎实的学习平台，帮助你掌握Linux内核开发的基础知识，为进一步深入研究和应用Linux内核打下坚实的基础。

这一讲，主要分享如何在内核模块开发中阅读内联汇编代码。

1.内联汇编语法定义

在内核模块开发和学习别人代码中，我们经常看到c语言代码里面，含有汇编代码，阅读起来增加了很大的难度，怎么快速高效的理解这些代码，
使得自己能快速理解设计者的意图，成了学习内核代码不可获取的一环节。首先先来阅读下内联汇编代码结构。

Linux C 语言内联汇编的语法如下：

asm [volatile]("汇编指令"
    : 输出操作数列表
    : 输入操作数列表
    : 被修改的寄存器列表);
输出操作数列表指定将从汇编代码中返回到 C 变量的寄存器或内存位置。

以下是使用语法解释：

"=约束符"(变量)：约束符指定寄存器的类型（例如，r 表示寄存器，m 表示内存），变量是 C 变量的名称。

输入操作数列表指定传递给汇编代码的寄存器或内存位置。它使用以下语法：

"约束符"(变量)：与输出操作数列表中的语法相同。

被修改的寄存器列表指定在汇编代码执行期间可能被修改的寄存器。它使用以下语法：

: "寄存器列表"：寄存器列表包含可能被修改的寄存器名称的逗号分隔列表。

volatile 关键字对于内联汇编不一定是必需的，如果定义了那么它告诉编译器不要对汇编代码进行优化。

有了一个基本的结构认识后，我们再看下他有什么用处，内核为什么定义这么多汇编代码？

2.内涵

Linux 内核中使用内联汇编的主要目的是为了：

提高性能：汇编代码通常比 C 代码更有效率，因为它可以直接操作硬件。在需要最高性能的关键部分（例如中断处理程序或设备驱动程序），使用汇编代码可以显着提高性能。
访问特定硬件功能：某些硬件功能（例如特殊寄存器或指令）无法通过 C 代码直接访问。内联汇编允许内核访问这些功能，从而实现对底层硬件的更精细控制。
移植性：内联汇编对于确保内核在不同体系结构上的移植性非常有用。通过针对特定体系结构编写汇编代码，内核可以利用该体系结构的特定优化和功能。

使用内联汇编的好处包括：

性能提升：如前所述，汇编代码通常比 C 代码更有效率。
硬件控制：内联汇编提供了对特定硬件功能的低级访问。
代码大小优化：汇编代码通常比 C 代码更紧凑，这有助于减少内核的总体代码大小。
可移植性：内联汇编有助于确保内核在不同体系结构上的可移植性。

3.使用示例

int a = 2;
int b;
asm volatile("movl %1, %%eax\\
"
    "movl %%eax, %0"
    :"=r"(b)    #output register    %0
    : "r" (a)        # input register   %1
    : "%eax");    #modify register

在这个示例中：

"=r"(b) 表示 b 变量是一个输出操作数，它将存储在 %eax 寄存器中。
: "r" (a) 表示 a 变量是一个输入操作数，它存储在寄存器中。
: "%eax" 表示 %eax 寄存器在汇编代码执行期间可能被修改。

上面代码的效果是，将 a 的值赋值给 b，最后a=b=2

4.具体代码使用实践

创建一个文件 asmtest.c

//
// Created on 2024/5/2.
//
#include <iostream>

using namespace std;

int main(){

    int a = 2;
    int b;
    asm("movl %1, %%eax\n"    
        "movl %%eax, %0"
        :"=r" (b)
        : "r" (a)
        : "%eax");
    printf("a:%d\n",a);
    printf("b:%d\n",b);

}

执行编译 g++ asmtest.c 生成可执行文件

执行命令，生成汇编代码

g++ -S asmtest.c

比较汇编结果和程序代码

注意里面的rbp寄存器，这里详细说明下

rbp 是基指针寄存器，在 Linux C 语言内联汇编中扮演着至关重要的角色，它具有以下作用：

建立栈帧：rbp 用于建立栈帧，它指向当前函数的局部变量和参数在栈上的起始地址。
访问局部变量和参数：通过使用负偏移（相对于 rbp ），可以访问函数的局部变量和参数。例如：movl -8(%rbp), %eax 会将位于 rbp 向后偏移 8 字节处的变量加载到 EAX 寄存器中。
返回地址：在函数调用期间，返回地址（即调用后要返回的地址）存储在 rbp 向后偏移 8 字节处。

里面的movl -8(%rbp), %eax 就是执行完赋值后，将返回地址复制给eax 寄存器？