在我们计算机科学课程的核心计划中，我们提供两门汇编语言课程，作为我们序列中强调硬件的部分的要素。虽然学生确实学习使用这种神秘的语言进行编程，但重点是将汇编语言用作侦探工具来了解底层硬件。

这两门课程都涉及无处不在的 Intel 80x86 架构。但是，第一门课程将芯片视为 8086/88，并在 MS-DOS 环境中工作。在现有时间限制内切实可行的范围内，我们假装 MS-DOS 不存在，并尝试模拟嵌入式系统环境。本质事实是 MS-DOS 使我们负责系统资源，即在实地址模式下。第一门课程是我们后续硬件课程的先决条件。

第二门课程的重点是检查支持多任务、多用户操作系统的架构要素。对于本课程，我们选择了 Linux 作为环境。第二门课程是我们后续硬件课程以及操作系统序列的先决条件。Linux 通常在后者中使用。当然，在如此复杂的多任务、多用户系统中，我们不再直接控制硬件资源。看到操作系统如何保护自己是核心兴趣所在。

本文讨论第二门课程。目标受众是那些对支持 Linux 等操作系统的 80x86 (x >= 3) Intel 架构功能感兴趣的人。我们用于调查的两种技术如下

这两种方法将在本文后面的各自章节中讨论。本文并非试图调查 Intel 架构（这是一个庞大主题），而是描述可用于此目的的工具和资源。

几乎所有关于 Intel 80x86 架构的教科书都假设读者在 Microsoft 环境中工作，通常使用 Microsoft 汇编器 MASM。因为我们在 Linux 环境中工作，所以我们不使用传统的教科书；相反，我们使用 Intel486 处理器系列：程序员参考手册 (1995)，Intel 订单号 240486-003 作为主要资源。这是一本大型手册，特别感兴趣的是分别处理应用程序和系统编程的第 I 部分和第 II 部分。其他有用的资源是在线 内核黑客指南（参见 http://www.ssc.com/linux/ldp.html）、Brennan 的内联汇编指南（参见 http://www.rt66.com/-brennan/djgpp/djgpp_asm.html）以及 Linux 本身提供的各种 man 页面和 info 文档。当然，使用这样一套资源而不是专注于教科书，通常是 真实世界 软件工程师的运作方式。

Linux 是一个自然的选择，原因显而易见

我向我们的学生推荐 Debian GNU/Linux，因为

Red Hat 或 Craftworks 等其他发行版也很好地满足了这些要求中的大多数，但第 4 项除外，这对我们的学生很重要，但对其他人可能并不重要。

我们发现将我们的汇编语言以内联方式写入 C 源代码中既方便又高效。可以在源代码中的适当位置插入标签，为调试器提供断点。编写内联汇编语言的主要动机是检查架构特性。汇编语言语句是 AT&T 风格而不是 Intel 风格。前者似乎是 Unix 的习惯。

作为一个简单的例子，我们将展示一个简短的程序 example1.c（参见 列表 1），其目的是检查标志寄存器，该寄存器具有三种类型的标志位：状态位（例如，进位标志）、系统标志（例如，给出 I/O 特权级别的两位组合）和一个控制标志，方向标志。该程序执行以下操作

请注意 asm 宏如何支持内联汇编语言。

为了将其编译成可执行程序 example1.x，其中包含调试器后续使用所需的信息，我们在以下命令中使用 -g 开关

gcc -g example1.c -o example1.x

下一步是调用调试器。通过管道传输到 tee 命令来获取调试器活动的日志也很方便，因此命令行条目将是

gdb -silent example1.x | tee example1.log

(gdb)

本文的范围之外还包括 gdb 使用教程；此类文档在 man 页面和 info 格式中很容易获得。此外，为了在浏览器中使用，可以在 html 格式中找到 FSF 文档 使用 gdb 调试，作者是 Stallman 和 Pesch。当前的一个 URL 是：http://funnelweb.utcc.utk/~harp/gnu/tars。

首先查看 Loukides 和 Oram 在 Linux Journal 第 29 期（1996 年 9 月）中给出的 了解 gdb 中对 gdb 的简洁、可读的介绍可能会更有效率。

话虽如此，让我们至少展示一个典型的 example1.log（参见 列表 2），它显示了设置断点，然后在这些断点处停止以检查感兴趣的寄存器。以 (gdb) 提示符开头的行是用户输入的命令，而其他所有内容都是调试器自愿提供的信息。

日志文件说明如下

调查人员可能会经历类似于这样的质疑过程

然后揭示了有趣的事实。例如，在显示的日志文件中，ID 标志（位 21）已成功翻转。根据 Intel 文档，这表明该处理器可以执行 CPU_ID 指令。另一方面，给出 I/O 特权级别（位 12 和 13）的位无法修改。显然，这是预期的——普通用户不应该能够更改任何可能有助于直接访问 I/O 硬件的东西。

通常，即使对于设备驱动程序，Linux 开发人员也不使用汇编语言。因此，检查内核中极少数 是 用汇编语言编写的部分尤其具有启发性。这些可以在 Linux 发行版中使用以下命令找到

find -name *.S

从根目录输入。

这些都有大量注释，但在 Intel 文档和 Alessandro Rubini 的 Linux 内核源代码之旅 中可以找到更多指导，该指南可在内核黑客指南中找到。这些模块完成了系统初始化的第一部分，该过程由 C 例程完成。一旦它们被执行，汇编语言例程就完成了。另一个感兴趣的模块是 entry.S（AT&T 风格），其任务正在进行中。特别是，它包含用于处理系统调用和故障的低级例程。

这些材料应该可以帮助感兴趣的读者开始他们自己对 Intel 80x86 (x >= 3) 架构和 Linux 内核的调查。然后可以学到很多关于诸如操作模式、内存管理和构建各种描述符表之类的主题。