“Linux内核分析”实验一

作者：何振豪

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

计算机由硬件和软件组成，硬件主要是CPU和内存，软件是系统软件和应用软件。最开始的计算机是由冯诺依曼提出的存储程序的思路开始的，这就对应硬件的CPU和内存，CPU执行指令，指令和相关数据放在内存，CPU按照ecs::eip指示的地方取出指令执行，不断执行。操作系统主要的作用是提供接口，程序猿根据这些接口进行编程，形形色色的软件就这样产生了。Linux是一个非常优秀的操作系统，系统的代码是开源的，所以研究linux内核是了解计算机怎么工作的一个重要途径。Linux要面对的是怎么规划计算机硬件使得他们能够互相协作，一步一步执行相应的代码。

当前这个实验要求的是反汇编一个简单的c程序，直接阅读汇编代码对理解计算机硬件的核心工作机制（存储程序计算机和函数调用堆栈）有一定的帮助，下面就是我的实验过程。

实验环境：实验楼

1.建立一个c文件exp.c

exp.c代码如下：

2.输入下面的指令编译成汇编代码：

1. gcc –S –o exp.s exp.c -m32

3.开始得到的代码很多系统参数代码，删掉所有开头带.的代码，得到如下代码：

对上述汇编代码进行简单分析如下，假设一开始的堆栈状态如下：

假设一开始的esp = ebp = 0，我们都知道c语言的执行函数是main，所以从第19行开始执行，逐行解释如下：

（1）将ebp入栈，这时候的esp-4即变成图中标号为1的位置esp=1，然后把ebp推入栈即[0] = ebp 0；

（2）ebp = esp = 1

（3）esp=2

（4）[1] = 10

（5）提到f函数去执行，这时候执行的call指令包含两条，一是将当前的eip保存到栈中，所以esp=3，[2] = eip 24(表示当前执行指令的行号)；二是将eip设置为f函数的第一条指令，所以eip被修改为第九行的地址，所以下面执行的指令是第九行开始

（6）esp = 4，[3] = ebp 1

（7）esp = ebp = 4

（8）esp = 5

（9）eax = (ebp + 8) = [1] = 10（传给f函数的值）

（10）eax = 10 + 11 = 21

（11）[4] = 21

（12）执行call指令按照上面叙述的两步进行得到：esp = 6, [5] = eip 16, eip = 2，所以下面的指令从第二行开始

（13）esp = 7, [6] = ebp 4

（14）esp = ebp = 7

（15）eax = 21

（16）eax = 12 + 21 = 33

（17）ebp = [6] = 4, esp = 6

（18）ret命令即pop %eip，所以现在是eip = [5] = 16, esp = 5调回到第16行开始执行

（19）leave也是包含两条指令，esp = ebp = 4，ebp = [3] = 1，esp = 3

（20）eip = 24, esp = 2调回到24行开始执行

（21）eax = 34

（22）esp = ebp = 1，ebp = 0, esp = 0

从硬件的角度来看，通过不断入栈和出栈进行函数的调用，用一个栈存储上次执行的位置和eax寄存器存储传给函数的参数和函数返回的参数，计算机就是通过CPU不断执行相应指令，利用存储程序的特点一步一步工作的。

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