网易云课堂linux内核分析（一）

这是网易云课堂linux内核分析课程的实验报告

实验的内容是通过编写一段简单的c程序,并分析其汇编代码，以了解计算机是如何运行程序。

程序hello.c源代码：

  1 #include <stdio.h>
  2 
  3 int bar(int a)
  4 {
  5     return a;
  6 }
  7 
  8 int foo(a)
  9 { 
 10     return bar(a) + 1;
 11 }
 12 
 13 int main()
 14 {
 15     return foo(10) + 1;
 16 }

在bash下输入如下指令，获得源代码的汇编hello.s：

gcc -S -o hello.s hello.c -m32

由于本次试验只需要用到源代码对应的汇编指令，所以可以把hello.s中以.开头的行删除。在vim下可以使用：

:%s/\s*\..*//g     #将以"."开头的行换为空行
:%g/^$/d           #删除空行

操作后得到以下代码：

  1 bar:
  2     pushl   %ebp
  3     movl    %esp, %ebp
  4     movl    8(%ebp), %eax
  5     popl    %ebp
  6     ret
  7 foo:
  8     pushl   %ebp
  9     movl    %esp, %ebp
 10     subl    $4, %esp
 11     movl    8(%ebp), %eax
 12     movl    %eax, (%esp)
 13     call    bar
 14     addl    $1, %eax
 15     leave
 16     ret
 17 main:
 18     pushl   %ebp
 19     movl    %esp, %ebp
 20     subl    $4, %esp
 21     movl    $10, (%esp)
 22     call    foo
 23     addl    $1, %eax
 24     leave
 25     ret

下面对汇编代码进行分析，从main函数开始：
18、19行的pushl和movl指令相当于enter指令，用于保存前一个栈的信息，同时为main函数开辟一个空栈。pushl将前一个栈的基地址保存，movl将ebp赋值为前一个栈的栈顶，同时也是main栈的基地址。esp作为main栈的栈顶。完成了上面两部，main栈就算建成了。接下来开始执行源代码里的东西了。

20、21行。subl为函数的栈开了空间，用来存放foo需要的参数。movl将参数放在该空间。然后执行call指令，跳到foo函数中，也就是eip要变成foo的地址。注意call指令要把当前eip压栈（pushl %eip）。然后把目光转到foo函数中，也就是第7行。和main函数开头一样，需要保存上一个栈的信息，同时为自己开创一个栈。pushl和movl指令做了这件事。接着放置bar需要的参数在自己的栈中（就是刚刚在mian函数时放的那个参数）。完成后执行call指令跳到bar函数。

bar函数终于不再调用别的函数，而是获取foo给的参数（第4行，这时候ebp就是foo栈的栈顶）。将参数赋值给eax后进行结束函数的工作。第5行的popl指令将esp加4，变为前一个栈（foo）的栈顶；ebp获得出栈的内容，也就是前一个栈的基址。foo的栈完成恢复。最后ret指令跳回foo函数中（相当于popl %eip），bar函数就正式结束了。回到foo函数后，根据源代码要给返回值加1（14行），紧接着要结束foo。和结束bar函数过程一样，结束foo函数就是执行leave然后回跳到main中。main函数为返回值加1（23行），以同样的流程退出main函数。程序结束。

注意1：函数的栈在内存中是从高地址向低地址增长的，所以pushl后esp要减4，而popl后esp要加4
注意2：leave指令相当于movl %esp %ebp，popl %ebp。
由于bar的代码没有使用到变量，所以在创建好函数的栈后，esp和ebp是相等的，不需要leave指令。函数foo和main中创建了变量，并存放在栈中，修改了esp，因此退出函数时要还原esp的。所以在退出函数的时候要使用leave。
注意3：call指令压栈的内容在调用函数的栈中。毕竟call指令执行在开辟新的函数栈指令之前。

理解：
程序就是由一条条汇编代码组成。这些汇编代码执行了运算，使用了内存空间。c语言中的函数，就是汇编中将当前寄存器保存到内存中，然后转跳到另外一处执行，执行完成后跳回原来地方，并恢复寄存器内容。而c语言屏蔽了这一过程，提供了抽象，我们只需要专注于函数要实现什么功能，不需要关注如何实现函数。

过程截图

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《Linux内核分析》MOOC课程
http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000