從一段代碼的彙編看電腦的工作原理

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朱宇軻 + 原創作品轉載請註明出處 + 《Linux核心分析》MOOC課程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

      大家都知道，現在的電腦主要遵循的是所謂的“馮諾依曼架構”。那什麼是馮諾依曼架構呢，其實就是電腦通過匯流排從記憶體中讀取一條條的程式和資料，將它們儲存在自己的寄存器中一條條地執行，如所示。

　　

　　而今天，我們將通過彙編一個具體的C程式來探討電腦工作的流程。

     首先寫下這麼一段C程式：

 1 //linux.c 2 int g(x) 3 { 4     return x+3; 5 } 6 int f(x) 7 { 8     return g(x); 9 }10 int main()11 {12     return f(10)+1;13 }

　　在Linux的環境中輸入如下指令：

gcc –S –o linux.s linux.c -m32

　　然後開啟linux.s，就可以看到我們彙編後的代碼（直接上了）

　

　　　將裡面以“.”開頭的行去掉（這是為連結用的），得到彙編後的代碼：

 1 g: 2     pushl   %ebp 3     movl    %esp, %ebp 4     movl    8(%ebp), %eax 5     addl    $3, %eax 6     popl    %ebp 7     ret 8 f: 9     pushl   %ebp10     movl    %esp, %ebp11     subl    $4, %esp12     movl    8(%ebp), %eax13     movl    %eax, (%esp)14     call    g15     leave16     ret17 main:18     pushl   %ebp19     movl    %esp, %ebp20     subl    $4, %esp21     movl    $10, (%esp)22     call    f23     addl    $1, %eax24     leave25     ret

 　　接下來我們來分析一下改程式具體的流程。

　　程式一開始，CPU的IP寄存器指向彙編代碼的第18行，假設堆棧在記憶體中的地址分別為0,1,2,3……堆棧基指標寄存器（EBP）和堆棧頂指標寄存器（ESP）均指向堆棧段0處。

　　第18~21行首先為main函數開闢新的記憶體地區，之後將傳的參數10入棧，此時堆棧段如下所示：

　　

　　然後程式調用call 函數，將IP入棧，IP指向代碼第9行f處。

　　在f函數的代碼處，首先為f函數開闢新的記憶體地區，接著將傳入的參數10賦值給EAX，並將EAX入棧，此時堆棧段記憶體如：

　　程式在此調用call進入g函數。在g函數中，同樣先是開闢記憶體空間，然後將參數傳給EAX，並將EAX的值加上3。

　　之後將EBP出棧，並調用ret命令。此時IP重新指向f函數call之後的命令，堆棧記憶體的情況如下：

　　

　　之後就是不斷的調用leave與ret命令，跳出當前的記憶體地區，回到上一級函數的記憶體地區中，並將EAX的值加3，直到跳出main函數，至此程式結束。

　　從上面的分析中，我覺得可以歸納出以下幾點：

　　1.電腦的運行流程確是遵循馮諾依曼架構，CPU將記憶體中的代碼和資料讀取到自己的寄存器中，再根據一條條命令調用寄存器進行進一步的操作。

　　2.在進入每一個程式之前，CPU都會將上一級的EIP和EBP壓棧，相當於為新的函數重新開闢了一段新的記憶體空間，直到退出函數的時候才將它們出棧。

　　3.CPU的各個寄存器都有不同的分工，如EIP指向要執行的代碼，EAX儲存傳回值等。它們貫穿於整個程式執行流程，自己寫程式時一般不要輕易改動。

　　

從一段代碼的彙編看電腦的工作原理