“Linux内核分析”实验一
通过汇编一个简单的C程序，分析汇编代码理解计算机是如何工作的
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，软件是分成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。操作系统是系统软件，主要的作用是为应用软件提供接口，程序猿根据这些接口进行编程，形形色色的应用软件就这样产生了。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。下面我将一段简单的c代码进行编译成汇编文件，然后分析每个具体的执行过程，最后在总结一下汇编执行c代码的一些特点。
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：
- 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：
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假设一开始的esp = ebp = -1，为什么等于-1呢？首先由pushl的命令可知，esp指向的栈顶是最后放数据的地方，我们这上面栈是从0开始，也就是0这个位置是第一个放数据的地方，所以第一次执行pushl之后，0这个位置就有东西，并且esp指向最后放数据的地方，也就是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0的位置esp=0，然后把ebp推入栈即[0] = ebp -1；
（2）ebp = esp = 0
（3）esp=1
（4）[1] = 10
（5）跳转到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=2，[2] = eip 24(表示当前执行指令的行号的下一条)；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 = 3，[3] = ebp 0
（7）esp = ebp = 3
（8）esp = 4
（9）eax = (ebp - 2(两个字节)) = [1] = 10（传给f函数的值）
（10）eax = 10 + 11 = 21
（11）[4] = 21
（12）跳转到g函数去执行，执行call指令按照上面叙述的两步进行得到：esp = 5, [5] = eip 16, eip = 2，所以下面的指令从第二行开始
（13）esp = 6, [6] = ebp 3
（14）esp = ebp = 6
（15）eax = (ebp - 2(两个字节)) = [4] = 21
（16）eax = 12 + 21 = 33
（17）ebp = [6] = 3, esp = 5
（18）ret命令即pop %eip，所以现在是eip = [5] = 16, esp = 4调回到第16行开始执行
（19）leave也是包含两条指令，esp = ebp = 3，ebp = [3] = 0，esp = 2
（20）eip = [2] = 24, esp = 1调回到24行开始执行
（21）eax = 34
（22）esp = ebp = 0，ebp = [0] = -1, esp = -1
（23）最后这个ret是恢复到最开始的栈现场
现在我们总结一下在汇编中执行c代码的特点：
（1）当执行f函数的时候做了什么准备工作：
①进入函数f之前，call指令把当前的eip保存到栈中，修改eip指向当前的函数
②执行enter指令，保存之前的栈底指针，清空当前的栈，然后再往下执行函数代码，执行完之后利用leave恢复调用函数前的栈指针
③把要传给f函数的参数放到栈中
（2）函数要返回的参数保存在eax这个寄存器
总的来说，CPU不断执行eip指向的地方的代码，利用堆栈（当然不只是堆栈）来存储相应的数据和保存调用现场，计算机就是通过CPU和内存互相协助不断执行相应指令，利用存储程序的特点一步一步工作的。当然，CPU和内存只是硬件支持，真正使得这些程序能够有条不紊并且发挥CPU等硬件的最大作用的还是操作系统。操作系统为硬件和软件架起了一条交流的康庄大道。
