MIT 6.828 JOS学习笔记13 Exercise 1.10

Lab 1 Exercise 10

  为了能够更好的了解在x86上的C程序调用过程的细节,我们首先找到在obj/kern/kern.asm中test_backtrace子程序的地址, 设置断点,并且探讨一下在内核启动后,这个程序被调用时发生了什么。对于这个循环嵌套调用的程序test_backtrace,它一共压入了多少信息到堆栈之中。并且它们都代表什么含义?

答:

  先找到这个子程序的地址,打开obj/kern/kern.asm。在这个文件中我们查到调用test_backtrace子程序指令的地址为0xf0100040.

  所以我们在这里设置断点,并且开始调试。

  首先看一下test_backtrace的C语言形式:

void
test_backtrace(int x)
{
    cprintf("entering test_backtrace %d\n", x);
    if (x > 0)
        test_backtrace(x-1);
    else
        mon_backtrace(0, 0, 0);
    cprintf("leaving test_backtrace %d\n", x);
}

 

    可见这个子程序是一个循环调用,在每一层循环中先打印信息 "entering test_backtrace x",然后对test_backtrace进行循环调用。当被循环调用完成,再打印信息 "leaving test_backtrace x"。所以最先进入的程序会最后退出。由于在init中对这个函数调用的次数为设置为5,所以屏幕上会打印出下列信息。

  

  下面具体看一些每次调用所执行的汇编程序,当每一次进入test_backtrace后,刚刚开始时,它要完成之前介绍过的过程调用的通用操作,如下:

1     push %ebp
2     mov %esp, %ebp
3     push %ebx
4     sub $0x14, %esp

  这四个操作将被用于存放调用这个子程序的父程序的栈帧信息,以及为当前子程序分配新的栈帧。在Exercise 1.9中,我们已经讨论过,entry.S文件中为整个内核设置了堆栈空间的地址范围,从0xf0108000-0xf0110000。由于堆栈是向下增长的,所以在运行init函数之前,esp寄存器的值就是0xf0110000,代表堆栈尚未使用。进入i386_init函数后,如果要调用某个子程序,就会把 i386_init 程序的栈帧信息压入到这个堆栈空间中。

  在 i386_init 函数中,运行了子程序test_backtrace(5)。

  当运行test_backtrace(5)之前,esp寄存器ebp寄存器的值分别为如下:

    esp : 0xf010ffe0    ebp : 0xf010fff8

  0xf010ffe0~0xf010fff8就是当前i386_init子程序的栈帧,当计算机要调用test_backtrace(5)程序时,

  首先call指令把i386_init的返回地址压入堆栈中,所以esp变为0xf010ffdc,然后进入test_backtrace(5)子程序。

  子程序中第一句push %ebp,把i386_init的ebp寄存器的值压入堆栈中,即地址0xf010ffd8处,此时esp的值变为0xf010ffd8。

  然后 mov %esp, %ebp 把ebp的值更新为esp的值,0xf010ffd8。这个就是当前test子程序的ebp寄存器的值。即它的栈帧的高地址边界。

  然后 push %ebx 把ebx寄存器的值压入堆栈,此时esp变为0xf010ffd4。因为%ebx寄存器可能被这个子程序所使用,所以必须把它之前的值保留。

  然后 sub $0x14, %esp 把esp中的值减去0x14=20,esp的值变为0xf010ffc0。这就是给test子程序分配一个大小为20个存储单元的额外的栈帧空间,供它存储一些临时变量的值。

  所以上述4条汇编指令,执行完成后,esp,ebp寄存器的值变化为

    esp : 0xf010ffc0     ebp:0xf010ffd8  

  这就是test_backtrace(5)子程序运行时的栈帧地址范围。而输入参数'5'的值存放在0xf010ffe0单元处。

  

  紧接着就是调用test_backtrace(4),由于它和test_backtrace(5)是一样的,只不过现在是在test_backtrace(5)中调用test_backtrace(4),所以调用后内存中会同时存在二者的栈帧,test_backtrace(4)的栈帧就在test_backtrace(5)的栈帧之后。test_backtrace(4)中 esp, ebp的值也可以像我们分析test_backtrace(5)一样被分析出来,如下:

     esp:0xf010ffa0    ebp:0xf010ffb8 

  同理test_backtrace(3)中:

     esp:0xf010ff80   ebp:0xf010ff98

  test_backtrace(2)中:

    esp:0xf010ff60   ebp:0xf010ff78

  test_backtrace(1)中:

    esp:0xf010ff40   ebp:0xf010ff58

  test_backtrace(0)中:

      esp:0xf010ff20   ebp:0xf010ff38   

  对于任意一层调用,比如test_backtrace(i),它的esp和ebp的值假设分别为esp(i)和ebp(i)。那么在这个栈帧范围内主要存在这么几个重要的值:

  首先ebp(i)所指向的内存单元处存放着上一层程序的ebp寄存器的值,即ebp(i-1)。

  另外在esp(i)所指向的内存单元处存放着对下一层子程序调用时传入的参数,即i+1

  

 

posted @ 2016-03-10 14:37  fatsheep9146  阅读(3496)  评论(2编辑  收藏  举报