Linux內核分析（一）

Linux內核分析 —— 【實驗一：棧與程序 】

棧，是一種數據結構，是一種有限制的一維線性表。它的特點是“先進後出”，就像是一條只有一人寬的死衚衕，先進衚衕的人必須等後進衚衕的人全部離開後，才能離開。
但棧與程序之間又有什麼聯繫呢？

首先，看一段簡單的C程序代碼：test1.c

    int g(int x)
    {
      return x + 2;
    }
    int f(int x)
    {
      return g(x);
    }  
    int main(void)
    {
      return f(5) + 8;
    }

1） 在Linux 64位系統環境下，用以下命令將上述代碼進行反彙編：
gcc –S –o test1.s test.c -m32

如下圖如示

2）用gedit軟件打開test1.s文件：

可以看到三個函數g，f，main對應的彙編代碼，下面分析這個程序在棧中是如何執行的。

3）我們都知道main函數是程序的入口，所以先看main函數。注意：test1.s文件中以 ’ . ‘開頭的都是編譯器所添加的，可以忽略。

程序在內存中棧的增長方式如下：

每一個函數在調用的時候都會在內存中(也就是棧中）開闢一塊屬於自己的臨時空間，稱爲一個棧幀，它用於存儲該函數運行過程中的臨時變量，在函數調用結束後就會清除。程序在執行main函數時，棧的變化爲：

上圖（1）中沒有標示出ebp的位置，但我們知道它在更高的內存位置上。push ebp 就是把這個位置保存起來，以便於在修改ebp指針後，仍然可以恢復原來的值。
（2）中將當前esp位置賦給了ebp，也就是說棧底指針往下內存地址方向移了一段距離，和棧頂指針在同一位置。
（3）相當於push 5。5 是 f 函數的參數，c 程序函數參數的傳遞是通過棧來保存的。
（4）調用 f 函數。call f 可以看作是兩條指令：push eip和jmp f 。把將要執行的指令地址ret1入棧，然後跳轉到 f 函數，實現函數的調用。

（5）保存ebp1，把參數傳給將要調用的函數g。
（6）調用函數g 。

（7）中綠色代表main函數的棧幀，藍色是f函數的棧幀，黃色是g函數的棧幀。
（8）函數返回時，通常eax寄存器中的值作爲返回值。語句”movl 8(%ebp),%eax” 和”addl $2 , %eax” 這表示將參數的值加2賦給eax，即eax=7。

（9）（10）中ret 相當於pop eip 。將棧中保存的返回地址賦給eip，使得可以正常返回到原來的調用者f中，而返回值保存在eax寄存器中。
（11）同理，f函數在執行後，將結果保存到eax返回到main函數。在f函數彙編代碼中有一條“leave”語句，它相當於“mov ebp,esp”和”pop ebp”兩條語句。
（12）在main函數中，語句”addl $8,%eax“則表示將f函數的返回值加上8，結果爲eax=15 。再執行一次”leave“棧就被清空了。main函數也是函數，它也有它的調用者，只是我們看不到它的調用者而已，但它也需要”ret“返回到調用者，到這我們的程序就算結束了。

通過以上的例子，我們可以知道棧在程序執行過程中發揮着至關重要的作用，棧這種特殊的數據結構爲函數的調用提供了可能，使得程序的執行更加靈活、過程更加直觀；也使得編程更加簡單、方便；同時，只有理解棧的結構和性質，才能理解程序是如何執行的。

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=========== 王傑 原創作品轉載請註明出處==============
《Linux內核分析》MOOC課程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000 ”

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