Linux内核分析——x86汇编基础

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一、计算机是如何工作的
我们平时使用的计算机属于“冯·诺依曼结构”，将程序和数据一起存储在内存中，CPU从内存中不断地取指令并执行指令。除此以外还有“哈佛结构”。
CPU能够执行的指令是二进制指令，为便于理解，人们发明了汇编指令，是对机器指令的简单翻译，增强了可读性。编程语言多属于高级语言，有良好的可读性，却不能被计算机直接执行，因此，高级语言通常都要经过编译或解释说明等过程，转换为计算机能够执行的机器语言。
下面以一个简单的C程序为例，分析计算机如何执行指令。

C程序代码如下，将其命名为main.c

int g(int x)
{
      return x + 2;
}

int f(int x)
{
      return g(x);
}

int main(void)
{
      return f(12) + 1;
}

然后执行一条命令生成对应的汇编代码：
gcc -S -o 5112.s main.c -m32
注意，Linux 采用的是 AT&T 汇编格式，它与 Intel 汇编格式略有不同。

g:
    pushl   %ebp
    movl    %esp, %ebp
    movl    8(%ebp), %eax
    addl    $2, %eax
    popl    %ebp
    ret
f:
    pushl   %ebp
    movl    %esp, %ebp
    subl    $4, %esp
    movl    8(%ebp), %eax
    movl    %eax, (%esp)
    call    g
    leave
    ret
main:
    pushl   %ebp
    movl    %esp, %ebp
    subl    $4, %esp
    movl    $12, (%esp)
    call    f
    addl    $1, %eax
    leave
    ret

Linux内核分析——x86汇编基础
二、汇编代码分析
整个程序过程中堆栈以及寄存器的变化如下图：（方便起见，内存编号做了改动）

三、思考与总结

1、eip是控制整个程序运行过程的决定因素。
计算机从 eip 指向的地址取出一条指令执行，其情况无外乎三种：
（1、若遇到跳转语句（JMP 等）时，先将 eip 压栈保存，即当前指令的下一条指令的地址，然后将需要跳转的目的地址赋给 eip，实现跳转；
（2、若遇到函数调用call时，除了将 eip 压栈，还要保存当前堆栈的状态，将栈基指针 ebp 压栈，然后将相应函数地址赋给 eip，实现跳转；
（3、若为普通指令，则继续从 eip 指向的地址取出下一条指令执行。

从堆栈分析图中可以看到，该程序的两次函数call调用中，总是先将当前eip值保存在堆栈中，紧接着将栈基指针 ebp 压栈保存，处理好以上两个工作后，才进入新的函数。

2、ebp的移动使得指令执行过程更加层次清晰。
曾经认为堆栈的运动只有栈顶指针在参与，栈底指针无须移动。
然而从这个两次函数调用的例子可以发现，ebp总是保存当前“子堆栈”（我姑且这么称呼）的栈底位置，它和栈顶指针esp一起构成了当前函数用到的“子堆栈”。
进入另一个函数之前，总是保存当前栈的基地址，开始一个新的栈，使每个函数有独立的栈空间，当函数返回时，能恢复到之前函数的栈空间。
从图上可以看到，“ebp地址xxxx”将整个堆栈数据划分为3个区域，分别对应3段函数，结构清晰，层次鲜明，使人不得不佩服机器处理数据的严谨与清晰。

3、总结。
汇编可以用一句话概括：汇编就是在（寄存器和寄存器）或（寄存器和内存）之间来回move 数据。就是指：数据在内存和寄存器间来回流动，流动的越频繁就代表程序越复杂。

4、其他问题——需要确认的几个问题
（1、同时运行的几个程序，每一个都能在内存中分配到一段堆栈，不会冲突？——保护机制？
（2、5112.s中只把enter指令拆解，不把leave指令拆解——与编译器有关？
（3、32位计算机，pushl指令中，要先做subl $4, %esp。为什么是4？是因为32/8 =4吗？32位计算机里，内存0x000007F（举个例子）指的是几个字节的内容？
（4、从图中可以看到，压栈的是参数，而不是常数。C中的全局变量、形参、实参，究竟在堆栈中怎么体现的？

参考资料：http://blog.csdn.net/liutianshx2012/article/details/50730780 码着，有时间看看。

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