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

Posted 2020-06-17

姓名：吕松鸿 

    学号：20135229

（ *原创作品转载请注明出处*）

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

一、存储程序计算机

1.1冯诺依曼体系结构：即具有存储程序的计算机体系结构

目前大多数拥有计算和存储功能的设备（智能手机、平板、计算机等）其核心构造均为冯诺依曼体系结构

1. 从硬件来看

• CPU与内存通过主线连接，CPU上的IP（可能是16、32、64位）总指向内存的某一块区域；IP指向的CS（代码段）也在内存中；CPU总是执行IP指向的指令。

     2. 从软件来看

• API（应用程序编程接口，与编程人员）与ABI（程序与CPU的借口界面） 是两个比较重要的软件接口

1.2 

关于ABI：指令编码；指令中涉及的寄存器布局；大多数指令可以直接访问内存

1.3 

（E代表32位系统）EIP在CPU执行完一条指令之后自加一（自动加一条指令，而不是一个字节或是32位），当然也可以被其它指令，如CALL,RET等修改

二、x86汇编基础

2.1 x86（32位）的寄存器中，低16位作为16位register

2.2 关于堆栈段寄存器

EBP（堆栈基址寄存器）；ESP（堆栈顶指针寄存器）。上述两个寄存器较为频繁地使用于汇编程序中

2.3 关于代码段寄存器

CPU实际取指令的时候通过cs:eip来描述

2.4 64位CPU

其实与32位在核心机制上差别不大，64位的机器中，寄存器以RXX表示

2.5 常见汇编指令

1. 后缀的b,w,l,q分别代表8，16，32，64位
2. 以%标识的寄存器寻址不与内存“打交道”
3. 直接寻址&立即数寻址
   1. movl $0x123,%eax —— %eax=0x123
   2. movl 0x123,%eax —— 立即数是以$开头的十六进制数值。直接访问指定的内存地址（0x123）中的数据然后赋给%eax
4. 变址寻址  movl 4(%ebx),%edx//edx = *(inet_32 *)(ebx+4)，即ebx的值加4之后作为一个地址，将其指向的数据赋给%edx
5. 大多数指令都可以直接访问内存地址
6. Linux使用的A&T汇编格式与Intel汇编略有不同

7. 几条重要的汇编指令

2.6汇编小程序练习

 

三、汇编一个简单的C程序

3.1 将C代码编译成汇编代码

• 将代码在实验楼环境中（64位）保存之后，建议使用 -m32将其编译为32位的汇编代码

• 具体如下：

   gcc -S -o main.s main.c -m32
  

• 关于leave指令
  • leave指令与enter指令一起相当于两条宏指令
  • （
  • enter指令相当于在原来的堆栈上再建一个新的空堆栈【因为将栈底指针%ebp挪到和栈顶指针相同的位置了】
  • leave指令与enter相反，相当于撤销函数调用堆栈【把栈顶指针提上来，则撤消了该栈】
• 函数调用堆栈是由逻辑上多个堆栈叠加起来的。
• 函数的返回值默认用%eax存储，然后返回给上一级函数。

3.2 练习2

 

1. 函数应该如下：

   int g(int x)
   {
       return x+8;
   }
   int main(void)
   {
       return g(8)-8;
   }

 实验部分

实验步骤

实验代码：

代码汇编结果

 

实验分析如图：

实验总结：

1.计算机的硬件设施部分，就如第一讲中讲到的那样，除了核心CPU之外，还有寄存器、高速缓存、主存乃至外存这样种类繁多的存储设备。存储设备（这也是冯 诺依曼体系结构的一个重要支点）根本目的就是为CPU服务，存储各种各样的、区分轻重缓急的数据；

2.一步一步对汇编语言进行分析，使我对堆栈的调用认识更加深刻，对这部分的知识更加了然于胸，对我今后的课程奠定了扎实的基础