通过一段反汇编代码浅析计算机工作方式

最新推荐文章于 2022-09-14 15:46:31 发布

萝卜cherish

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分类专栏： linux 内核分析文章标签： linux内核操作系统 c 内存栈

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/lxbql121/article/details/44087595

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本文详细介绍了如何通过实验反汇编一个简单的C程序，理解其对应的汇编代码，进而分析计算机内部工作原理。具体包括实验环境设置、C程序代码、汇编代码解析、以及单核计算机在单任务和多任务下的工作方式。通过实例阐述，让读者能够直观地理解计算机底层运行机制。

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罗晓波 + 原创作品转载请注明出处 + 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-10000290

通过实验“通过反汇编一个简单的C程序，分析汇编代码理解计算机是如何工作的”，通过反汇编，得到一段C程序的对应的汇编代码，笔者将结合汇编代码细致分析各个寄存器和堆栈的变化，以此来说明计算机的工作方式。

1.反汇编，分析汇编代码

1.1 实验环境：

本实验环境是由实验楼提供。读者可以通过 http://www.shiyanlou.com/courses/195访问。

1.2 简单的一段C程序：

int g(int x)
{
      return x + 6;
}

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

int main(void)
{
      return f(2) + 3;
}

通过 gcc –S –o main.s main.c -m32 得到汇编代码(已经删除汇编代码元数据的汇编代码)如下图：

1.3 汇编代码分析

分析上述汇编代码，从main标签开始。

假设内存栈地址从0标记处开始，（0,1,2,3....等各标记表示4字节内存单元，当然，栈地址是向下增长的，在此处为了方便讲述）。18，19行开始初始化ebp,esp 寄存器，如下图，ebp，esp都指向内存单元1处。这是因为 pushl %ebp 即为subl $4,%esp 、movl %ebp %esp 。

在调用函数f之前，call f ；函数需要将参数压栈，在这里参数2入栈，那么call f 在这里做了什么呢？第一，将eip寄存器入栈，此时的eip指向call f 的下一个指令，即 addl $3,%eax；第二，将f开始执行的指令地址放入到eip中，接下来的g函数调用也是如此道理。来个示意图吧：

接下来到f标签处：

首先，前两个指令，压栈ebp，并且将ebp和esp指向同一位置，即指向4标记处。subl $4,%esp,接下来11,12,13 这三条指令，也是为了将参数压栈，该参数依旧是2。再来一张图：

接下来又进行一次函数调用，来到了g标签处：压栈eip，压栈ebp，取出参数2，addl指令，进行加运算，将2+6的值放入eax寄存器中，再附图一张~：

接下来将数值存在eax寄存器中之后，就开始不断的弹栈了。在弹栈的过程中，需要注意的一点是leave 指令， leave指令是movl %ebp %esp ；popl %ebp，leave指令来释放被调用函数的堆栈空间，并恢复自己的基栈地址。ret指令就是popl %eip 。

最终结果保存在eax寄存器中。

2.简述单核计算机工作方式

2.1 单任务下：

在单任务下，计算机先把机器码（.o文件,exe文件etc）加载到内存，初始化寄存器（ebp,esp,eip，PC）；PC存放当前执行指令，eip中存放下一条即将执行的指令，当eip中的值被PC取走，eip自动加1，当然，在这个地方，如果有转移指令等eip就不仅是+1咯。

2.2 多任务下：

多任务下就避免不了进程的调度，当一个进程的时间片结束时，此时产生一个系统中断，中断产生之后，cpu和内核保存eip，标志寄存器等到内核栈，即保存现场到该进程自己的内核栈中，操作系统开始进程调度，下一个进程开始执行，将原来的esp，eip，ebp等覆盖。当再次调度到最初的进程的时候，开始从内核栈中恢复各个寄存器等的值（eip，esp...）继续执行。