Минимальная stub-программа — Архив WASM.RU
"Stub" в переводе с английского - "пень, обломок, огрызок". Это в литературном переводе. В нелитературный перевод углубляться не будем. Скажем только, что это то самое, что показывает компьютер человеку, попытавшемуся запустить из-под DOS приложение, написанное для Windows. Обычно он показывает сообщение: "This program cannot be run in DOS mode". А вы что подумали?
В связи с понятием "stub-программа" обычно возникают три вопроса:
- Как она работает?
- Как сделать собственную stub-программу?
- Как уменьшить ее до размера, не раздражающего настоящего ассемблерщика?
Как она работает? Чтобы ответить на этот вопрос, следует заглянуть во внутренности формата PE-файла - стандартного исполняемого модуля Windows. Там мы обнаружим следующее:
- PE-файл содержит в себе две программы, склеенные друг вслед за дружкой. Первая из них и есть stub-программа в обычном для MS-DOS exe-формате. Вторая - приложение для Windows.
- stub-программа, как и положено в MS-DOS, начинается в файле с нулевого смещения и первые два байта представляют собой знаменитые инициалы MZ, коими увековечил себя кто-то из корифеев Microsoft (не могу навскидку вспомнить. Кто знает - напишите) (16.05.01 написали. Михаил Орлов сообщил, что это был Mark Zbikovski. Спасибо им обоим.) Можно сказать, вырезал свое имя на каждом пне. С этого имени начинается стандартный заголовок exe-файла MS-DOS.
- windows-программа начинается с некоторого смещения, кратного параграфу (16 байт) и зависящему от размера stub-программы. Первые два байта windows-программы - это инициалы какого-то другого мужика со странным именем Portable Executable. Далее следует заголовок PE-файла и все остальные его элементы.
PE-формат - не единственный формат исполняемых модулей, который понимает Windows. Но мы не станем здесь рассматривать другие форматы, так как применительно к теме статьи это не имеет смысла.Глупая DOS загружает exe-файл, обнаруживает в его начале привычный для себя заголовок и исполняет stub-программу, ничего не зная о наличии в файле еще чего-то, кроме слов "а пошел ты туда-то и туда-то".
Умная Windows поступает более изощренно:
- по аббревиатуре MZ определяет наличие заголовка MS-DOS. Определив, продолжает процесс:
- считывает двойное слово по смещению 3ch. Здесь компоновщик заботливо записал смещение PE-заголовка.
- считывает PE-заголовок по указанному смещению и пытается выполнить его разбор. Если это удается - продолжает процесс загрузки приложения, который нас здесь больше не интересует.
Как сделать собственную stub-программу? Да очень просто! Напишите любую, сколь угодно сложную или простую DOS-программу. Только постарайтесь обойтись без извращений вроде перевода процессора в защищенный режим или показа картинок в режимах VESA: помните, что stub-программа должна сработать с флоппи-диска на 8086-й машине с текстовым монитором. Модель памяти можно использовать любую, кроме tiny - она для stub-программы не годится.
И это, к сожалению, неизбежно, как бы ни печалилась по этому поводу душа настоящего ассемблерщика. Ведь модель tiny порождает com-формат исполняемого модуля, не имеющий, как известно, никакого заголовка. А раз нет заголовка - то даже умная Windows не сможет узнать размер stub-программы и, соответственно, вычислить начало PE-заголовка. Глупая DOS ненамного легче переварит эту ситуацию. Обнаружив, что файл является исполняемым (имеет расширение exe, как положено в Windows), она выяснит также, что его фактический формат - com (отсутствует сигнатура MZ), и попытается-таки его загрузить и исполнить. Однако stub-программа сработает только в том случае, если размер исполняемого файла не превысит 64К, что для приложений Windows (даже написанных на ассемблере) - довольно редкое исключение. Скорее всего, ваш пользователь вместо цветного пожелания перейти, в конце концов, на новую ОС, получит сухое монохромное сообщение командного процессора о чрезмерном размере исполняемого модуля.Важно! При компоновке stub-программы в командной строке компоновщика укажите недокументированную и загадочно звучащую опцию /KNOWEAS. Это опция вносит некие изменения в заголовок exe-файла. Если опцию не указать, то компоновка Windows-приложения со stub-программой окажется некорректна, о чем вы получите соответствующее предупреждение от линкера.
Подозреваем, что не все компоновщики поддерживают эту опцию. Однако link.exe из состава MS Developer Studio, конечно же, поддерживает.Написанную stub-программу используйте на этапе компоновки своего Windows-приложения. Для этого в командную строку компоновщика добавьте опцию /STUB:"filename.exe", где filename.exe, как вы можете догадаться - это имя вашей stub-программы, при необходимости с путем. Обнаружив эту опцию, компоновщик заменит стандартную stub-программу на вашу.
Здесь настоящего ассемблерщика подстерегает серьезное разочарование. Проблема в следующем. Обычно при компоновке exe-программ для DOS в исполняемом файле резервируется довольно большое место под таблицу перемещения. Например, в порядке вещей, если таблица перемещения вольготно располагается между смещениями 1ch (конец заголовка) и 200h (начало сегмента кода). Даже если ваша stub-программа не содержит ни одного фрагмента, подлежащего перемещению, все равно 486 байт чистых нулей будет бессмысленно вбацано в нежное девственное тело вашего Windows-приложения. Задачка, стоит ли избегать такого варварского разбазаривания дискового пространства и как это сделать, предлагается для самостоятельного решения. Кое-какие идеи читайте далее.Минимальная stub-программа. Заглянув внутрь исполняемого модуля какого-нибудь Windows-приложения, вы обнаружите, что стандартная stub-программа чаще всего занимает 128 байт. Можно ли уменьшить этот размер и до какой величины? Отвечаем: можно, до 64 байт.
Возьмите любой редактор бинарных файлов и создайте с его помощью вот такой файл:
Код (Text):
Присвойте ему имя, например, stub.exe и используйте в качестве stub-программы.
Вот расшифровка содержимого файла stub.exe с комментариями:
смещение значение назначение комментарий +0 5A4D Подпись exe-файла ('MZ') +2 0000 Длина последней неполной страницы образа, байт Игнорируется операционной системой +4 0001 Длина образа, страниц (страница = 512 байт) Программа занимает менее одной страницы +6 0000 Число элементов в таблице перемещения В этой программе перемещаемых элементов нет +8 0002 Размер exe-заголовка, параграфов (параграф = 16 байт) Указывается размер базовой части заголовка. С учетом остальных значений параметров в данном случае означает, что исполняемый код в файле начинается со смещения 20h, и стартовый адрес находится в начале исполняемого кода +0ah 0000 Минимум требуемой памяти за концом программы (параграфов) В данном случае смысла не имеет +0ch FFFF Максимум требуемой памяти за концом программы (параграфов) Традиционно отводится вся доступная память +0eh 0000 Сегментное смещение сегмента стека (для установки регистра ss) +10h 0040 Значение регистра sp (указателя стека) при запуске В этой программе стек не имеет значения +12h 0000 Контрольная сумма исполняемого модуля Не используется +14h 0000 Значение регистра ip (указателя команд) при запуске Стартовая точка совпадает с началом кодового сегмента +16h 0000 Cегментное смещение кодового сегмента (для установки регистра cs) +18h 0040 Cмещение в файле 1-го элемента перемещения В этой программе ни одного элемента перемещения нет, а исполняемый код находится внутри заголовка, поэтому данное значение совпадает с концом программы +1ah 0000 Номер оверлея Здесь не используется +1eh 0000
0000Резерв - 4 байта +20h 4CB4
21CDИсполняемый код:
mov ah,4ch
int 21hВ данном случае программа просто возвращает управление операционной системе. Максимальный размер исполняемого кода для данных значений заголовка - 28 байт (смещения 20h...3bh). Обратите внимание, что исполняемый код с целью экономии размера программы находится в области, отведенной под exe-заголовок! +3ch 0000
0000Зарезервированное двойное слово Используется компоновщиком Windows-приложения для размещения смещения PE-заголовка Вероятно, уменьшить размер stub-программы до величины, меньшей 64 байт, невозможно. А вот интересный вопрос: возможно ли вообще изъять stub-программу из модуля? Не спешите отвечать "нет"! 16-битные компоновщики от Microsoft имели в синтаксисе def-файла конструкцию вида STUB NONE, которая, согласно документации, предназначалась для использования при сборке dll-библиотек. В 32-битных компоновщиках эта возможность пропала. А жаль...
PS:
Вот уж в самом деле, "никогда не говори "никогда"! 24 июля 2001 года, в день падения 114-летнего рекорда жары в Москве, пришло письмо:
"На вашем сайте assembler.ru в статье "Минимальная stub-программа" автором упомянуто, что создать stub короче 40h байт, вероятнее всего, невозможно.
Привожу пример stub'а длиной в 20h байт:
Код (Text):
В отличие от примера, приведенного в статье, размер заголовка уменьшен до одного параграфа. В терминах статьи это означает, что stub-код располагается по смещению 10h от начала файла.
Очевидно, после такого "сокращения" области заголовка от 10h и выше продолжают использоваться. Но в данном случае это неважно, так как на месте 4CB4h находится initial SP, а на месте 21CDh - checksum. Ни то, ни другое роли не играют. К сожалению, stub-код ограничен в 4 байта, потому что уже следующий word - initial IP.
Далее, в файле со stub'ом в 20h байт смещение 3Ch от начала файла приходится на смещение 1Ch PE-заголовка. Здесь расположен dword, который, по-видимому, ни на что не влияет, так что можно спокойно ставить туда 00000020h:
Код (Text):
Такую штуку вряд ли поддерживают компоновщики (мне от них этого добиться не удалось), я лично правил EXE вручную. Зато работает.
Напоследок - пример тоже рабочего stub'а длиной в 18h байт - меньше, по-моему, некуда:
Код (Text):
Из-под DOS он выводит восклицательный знак (21h).
Ну как, размер достоин настоящего ассемблерщика?"
автор - Grief (soul_inspector@chat.ru)
Действительно, ни отнять, ни прибавить: только в голову настоящего ассемблерщика могут придти трюки, позволяющие так, чтобы помягче сказать, использовать формат исполняемого файла. Еще раз, вот они:
- Когда делается попытка запустить программу из-под DOS, загрузчик, определив по сигнатуре "MZ", что это исполняемый файл, считывает по смещению 08h размер exe-заголовка, а по смещению 14h стартовое значение регистра ip, чтобы узнать, где находится исполняемый код. В предложенном Grief'ом варианте stub'а длиной 20h он таким образом выясняет, что передавать управление следует на смещение 10h (просто выход в DOS посредством функции 4Ch), а в варианте длиной 18h - на смещение 0Ch (здесь перед выходом успевает еще напечататься восклицательный знак). И неважно, что занятые исполняемым кодом байты на самом деле являются полями exe-заголовка "Максимум требуемой памяти за концом программы", "Сегментное смещение сегмента стека", "Значение регистра sp" и "Контрольная сумма исполняемого модуля". Все эти поля в данном случае не влияют работу программы.
- Если же программа запускается из-под Windows,то загрузчик, опять же разобравшись с назначением файла, первым делом считывает двойное слово по смещению 03ch, чтобы узнать, где находится PE-заголовок. Так вот, здесь это смещение оказывается внутри самого PE-заголовка! В варианте "18h" оно попадает на поле, содержащее суммарный размер секций неинициализированных данных в образе приложения, а в варианте "20h" - на поле, содержащее размер секций кода. Использование этих полей в современных нам версиях Windows неочевидно. По одним источникам - они используются для первичного отведения памяти под приложение. По другим - не используются вообще. Во всяком случае, практическая проверка показывает, что приложения с таким stub'ом работают нормально. (Что будет дальше - пожалуй, неизвестно даже Microsoft'у.)
Конечно же, заставить какой-нибудь компоновщик создать исполняемый файл с предлагаемыми stub'ами не удастся. Такие трюки придется делать вручную, с помощью какого-нибудь бинарного редактора: переместить образ приложения внутри файла на нужное смещение, отредактировать exe-заголовок, PE-заголовок, заголовки секций - ну, в общем, кто знает формат - тот справится. (А лучше доверить эту рутину какой-нибудь маленькой программуле.)
Ну и напоследок, опровергнув свои же слова что "...меньше некуда...", Grief прислал вообще шедевр - вполне работающий stub длиной всего 0Ch!!! Разобраться, как он устроен, вы сможете самостоятельно, руководствуясь уже достаточно ясной идеей: в заголовках полным-полно никому не нужных полей, которые мы можем использовать для своих целей. Итак:
© Svet(R)offКод (Text):
Минимальная stub-программа
Дата публикации 14 июн 2002
