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用 CPUID 指令获取处理器信息（书摘）

CPUID 程序

CPUID 是一条获取 CPU 信息的指令，以寄存器 EAX 作为输入信息的参数，执行该指令之后，会输出具体结果到 EBX、ECX、EDX 寄存器上面，具体会输出什么信息，由输入参数寄存器 EAX 决定。

CPUID 指令具体使用的寄存器 EAX 的不同的输入选项如下所示：

EAX值 CPUID 输出
0 厂商 ID字符串（Vendor ID）与支持的最大的 CPUID 选项值
1 处理器类型、系列、型号和步进信息
2 处理器缓存配置
3 处理器的序列号
4 缓存配置（线程数量、核心数量和物理属性）
5 监视信息
80000000h 扩展的厂商 ID 字符串和支持的级别
80000001h 扩展的处理器类型、系列、型号和步进信息
80000002h ~ 80000004h 扩展的处理器名称字符串

如果寄存器 EAX 输入 0， 则 EBX、ECX、EDX 寄存器输出如下：

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EBX 寄存器：
31         23        15        7        0
┌─────────┬─────────┬─────────┬─────────┐
│  byte4  │  byte3  │  byte2  │  byte1  │
└─────────┴─────────┴─────────┴─────────┘
EDX 寄存器：
31         23        15        7        0
┌─────────┬─────────┬─────────┬─────────┐
│  byte8  │  byte7  │  byte6  │  byte5  │
└─────────┴─────────┴─────────┴─────────┘
ECX 寄存器：
31         23        15        7        0
┌─────────┬─────────┬─────────┬─────────┐
│  byte12 │  byte11 │  byte10 │  byte9  │
└─────────┴─────────┴─────────┴─────────┘

把上面寄存器的值组成字符串即可。范例程序 (Linux下)：

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# cpuid.s 
.section .data
output:
	.ascii  "The processor Vendor ID is 'xxxxxxxxxxxx' \n"

.section .text
.globl  _start
_start:
    nop
    movl    $0, %eax
    cpuid
    movl    $output, %edi
    movl    %ebx, 28(%edi)
    movl    %edx, 32(%edi)
    movl    %ecx, 36(%edi)
    movl    $4, %eax
    movl    $1, %ebx
    movl    $output, %ecx
    movl    $42, %edx
    int     $0x80
    movl    $1, %eax
    movl    $0, %ebx
    int     $0x80

上面代码中，int $0x80 是调用 Linux 系统调用。_start 标签所定义的地址是 GNU 链接器默认的程序运行起始地址。

用下面命令进行编译、链接并运行 （要求在 32 位 x86 的 Linux 系统下，如果是 64 位系统的话，可以在虚拟机下面装一个 32 位的）：

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as -o cpuid.o cpuid.s
ld -o cpuid cpuid.o

# 运行：
./cpuid

结果：
The processor Vendor ID is 'GenuineIntel'

调试程序

如果需要调试程序，则需要在编译的时候，加上 -gstabs 选项，会把调试信息直接附加进可执行二进制文件中：

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as -gstabs -o cpuid.o cpuid.s
ld -o cpuid cpuid.o

GDB 单步运行程序

运行 gdb cpuid ：

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gdb cpuid
GNU gdb Red Hat Linux (5.3post-0.20021129.18rh)
Copyright 2003 Free Software Foundation, Inc.
GDB is free software, covered by the GNU General Public License, and you are
welcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions.
Type "show copying" to see the conditions.
There is absolutely no warranty for GDB.  Type "show warranty" for details.
This GDB was configured as "i386-redhat-linux-gnu"...
(gdb)

使用 run 命令直接运行 cpuid 程序：

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(gdb) run
Starting program: /root/Test/cpuid
The processor Vendor ID is 'GenuineIntel'
Program exited normally.
(gdb)

可以使用 break 命令设置断点，汇编语言设定断点，必须指定某个标签的相对位置。格式如下：

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break * label+offset

gdb 会直接忽略 _start 这个标签的断点：

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(gdb) break * _start
Breakpoint 1 at 0x8048074: file cpuid.s, line 9.
(gdb) run
Starting program: /root/Test/cpuid
The processor Vendor ID is 'GenuineIntel'
Program exited normally.
(gdb)

所以可以在 _start 标签之后直接加上一个 nop 指令，以这个nop指定作为断点，表示为 _start + 1，如下：

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(gdb) break * _start+1
Breakpoint 2 at 0x8048075: file cpuid.s, line 10.
(gdb) run
Starting program: /root/Test/cpuid
 
Breakpoint 2, <function called from gdb>
Current language:  auto; currently asm
(gdb) next
11          cpuid
(gdb) next
12          movl    $output, %edi
(gdb) step
13          movl    %ebx, 28(%edi)
(gdb) step
14          movl    %edx, 32(%edi)
(gdb) cont
Continuing.
The processor Vendor ID is 'GenuineIntel'
Program exited normally.
(gdb)

如上操作，设置断点之后，直接 run 命令可以运行程序，到达断点就暂停。这时，使用 next 或者 step 命令可以单步执行每条指令；使用 cont 命令可以继续以正常的方式继续执行。
next 可以简化为 n；step 可以简化为 s；cont 可以简化为 c

查看数据

数据命令 说明
info registers 显示所有寄存器的值
print 显示特定寄存器或者来自程序的变量的值
print/d 同上，显示为十进制的值
print/t 同上，显示为二进制的值
print/x 同上，显示为十六进制的值
x 显示特定内存位置的值

查看寄存器：

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(gdb) run
Starting program: /root/Test/cpuid
 
Breakpoint 2, <function called from gdb>
(gdb) s
11          cpuid
(gdb) info registers
eax            0x0      0
ecx            0x0      0
edx            0x0      0
ebx            0x0      0
esp            0xbfffeab0       0xbfffeab0
ebp            0x0      0x0
esi            0x0      0
edi            0x0      0
eip            0x804807a        0x804807a
eflags         0x200306 2097926
cs             0x23     35
ss             0x2b     43
ds             0x2b     43
es             0x2b     43
fs             0x0      0
gs             0x0      0
(gdb) s
12          movl    $output, %edi
(gdb) info registers
eax            0x16     22
ecx            0x6c65746e       1818588270
edx            0x49656e69       1231384169
ebx            0x756e6547       1970169159
esp            0xbfffeab0       0xbfffeab0
ebp            0x0      0x0
esi            0x0      0
edi            0x0      0
eip            0x804807c        0x804807c
eflags         0x200306 2097926
cs             0x23     35
ss             0x2b     43
ds             0x2b     43
es             0x2b     43
fs             0x0      0
gs             0x0      0
(gdb) print/x $ebx
$1 = 0x756e6547
(gdb) print/x $edx
$2 = 0x49656e69
(gdb) print/x $ecx
$3 = 0x6c65746e
(gdb)

x 命令用于查看内存位置的值。x 命令的格式为：

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x/nyz

n 为需要显示的字段数。y 是输出格式，y 的值有：

  1. c 用于字符
  2. d 用于十进制
  3. x 用于十六进制

z 是要显示的字段的长度：

  1. b 用于字节
  2. h 用于16位大小
  3. w 用于32位大小

以下是显示 output 位置的内存的数据：

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(gdb) x/42cb &output
0x80490ac <output>:     84 'T'  104 'h' 101 'e' 32 ' '  112 'p' 114 'r' 111 'o' 99 'c'
0x80490b4 <output+8>:   101 'e' 115 's' 115 's' 111 'o' 114 'r' 32 ' '  86 'V'  101 'e'
0x80490bc <output+16>:  110 'n' 100 'd' 111 'o' 114 'r' 32 ' '  73 'I'  68 'D'  32 ' '
0x80490c4 <output+24>:  105 'i' 115 's' 32 ' '  39 '\'' 120 'x' 120 'x' 120 'x' 120 'x'
0x80490cc <output+32>:  120 'x' 120 'x' 120 'x' 120 'x' 120 'x' 120 'x' 120 'x' 120 'x'
0x80490d4 <output+40>:  39 '\'' 32 ' '
(gdb)

与 C 语言库函数进行链接

以上的系统调用方式改用为调用 C 语言函数库的方式，程序如下：

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# cpuid2.s 
.section .data
output:
    .ascii  "The processor Vendor ID is '%s' \n"

.section .bss
    .lcomm buffer, 16     # 在 .bss 中开辟一个16字节的未初始化数据缓冲区，标签为buffer

.section .text
.globl  _start
_start:
    nop
    movl    $0, %eax
    cpuid
    movl    $buffer, %edi
    movl    %ebx, (%edi)
    movl    %edx, 4(%edi)
    movl    %ecx, 8(%edi)
    pushl   $buffer
    pushl   $output
    call    printf            # 调用 C 语言的 printf
    addl    $8, %esp
    pushl   $0
    call    exit              # 调用 C 语言的 exit

编译方法：

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as -o cpuid2.o cpuid2.s
ld -dynamic-linker /lib/ld-linux.so.2 -o cpuid2 -lc cpuid2.o

# 运行：
./cpuid2
The processor Vendor ID is 'GenuineIntel'

汇编语言程序设计

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